物理与艺术

物理与艺术

（北京邮电大学民族教育学院S16E05班陈世军2016440557）摘要：物理与艺术都是人类理解自然的方式，这两种方式貌离神合，但以一个共同的基本点紧密联系，就是真理的普遍性和人类揭示真理的创造力。凡是前卫的艺术创作，凡是革命性的物理研究，都会探究到宇宙间万事万物的本质，都追求对世界进行精确而细致的观察，并给予创新性的描述。本文主要例举牛顿与达·芬奇两人在生平、思想、性格、成就上的异同与我自己的一些感悟。

关键字:牛顿；达·芬奇；物理；艺术；感悟

一、物理与艺术

李政道教授曾说“事实上如一个硬币的两面，科学与艺术源于人类活动高尚的部分，都追求着深刻性、普遍性、永恒和富有意义。”传统上来说，艺术创造幻象以表达情感，使用的语言是图形和比喻；物理学是一门严格意义上表达自然的实证科学，根植于清晰的数学关系，应用数字和方程表达自然规律。艺术家以艺术作品表达审美情感；科学家以自然定律描绘客观规律，都有一个共同的愿望，就是将对世界本体认识的不同侧面，各种现象贯穿在一起，经过分析、综合和思考，从而完成对事物本质的认识。因此,艺术和物理学都是构造模型的活动，它们是人类感悟、认知自然的两种相异又相关的手段。

二、达·芬奇与牛顿

达·芬奇是西方古典主义绘画的代名词，他的画作充分显示出对大自然敏锐的观察力，对人物内在细微情感的刻画，以及表现光与影的种种变化，将绘画的写实主义推向了不可企及的高峰。牛顿是经典物理学的最高峰，被评价为“天才中的天才”。达·芬奇和牛顿，一个是15世纪最杰出的人物，一个是17世纪的天才;一个是最伟大的艺术家，一个是最伟大的科学家，我们可以比较一下两人在生平、思想、性格、信念和成就上的异同。

两人都成长在单亲家庭中。牛顿的父亲是个不识字的农夫，在儿子出生前几个月死去。母亲不久后再婚，将年幼的牛顿送到外祖母那里抚养。小小孩子不得不同继父争夺母爱。他得益于舅舅的支持而来到剑桥大学读书。达·芬奇则是私生子，母亲是大字不识的农家女。他也同牛顿一样，由母亲或其祖父抚养。牛顿和达·芬奇在童年时代都没有什么朋友，且都

养成了高度敏感和喜好冥想的性格。他们都孤独并愿意孤独，都把书本看得比友情重要。

牛顿和达·芬奇都有丰富的想象力，从而为他们带来了一个接一个的科学发现和艺术创造、工程奇迹，以及在实践中影响深远的发明和大大小小的机关装置。牛顿发明了反射望远镜，达·芬奇则设计了直升飞机；牛顿发现了二项式定理和微积分，达·芬奇造出了降落伞，又提出了潜水艇和坦克的构想；牛顿为打击伪币绞尽脑汁，达·芬奇为保卫米兰鞠躬尽痒；牛顿用方程和数字总结自然规律，达·芬奇则以绘画解读世界和人类情感的奥秘。但有所不同的是，牛顿是一个科学天才，在其他方面则全无是处。对音乐是充耳不闻，认为绘画是雕虫小技，视雕塑为金石玩偶，说诗章是“优美的胡扯”。达·芬奇则是文艺复兴时期的全才，几乎涉及了他那个时代艺术与科学的所有领域。

牛顿和达·芬奇都相信数学是人类思维的最髙形式。达·芬奇本人数学优异,并且这样说过：“谁也不能断言说，有什么东西既不会用到任何数学，也不会用到任何建立在数学基础上的知识。”牛顿是物理学家，也是一位伟大的数学家，他和莱布尼兹争夺微积分的发明权，至今仍是科学史专家津津乐道的话题。他在《自然哲学的数学原理》的引言中写道：“我将自己的这一工作题名为‘数学原理’，是因为我认为哲学的所有重担都落在数学肩上……”

两位都是研究光的先驱者，而且都对光的本性提出了开创性的睿见。达·芬奇提出视网膜成像应是倒立的，他也是针孔相机的发明人，这是发明史上的普遍看法。他曾研究过种种光学错觉，而且给出的解释今天还在被引用。他画了一张记录光强度仪器的设计图，过300年后，图纸才变成实物。达·芬奇对阴影也极有兴趣，并搞出了本影和半影的几何学细节，今天的天文学家仍在沿用他的有关结果。对于眼镜，达·芬奇也很有研究，在15世纪就提出了隐形眼镜的设想。他还探讨过孔雀毛羽上的华彩及水上油膜虹彩的成因。在历史记载上，达·芬奇是推想光以波的形式在空间和时间中传播的第一人。他以水波和声波为出发点进行类推，认为“石块投进水中，就会以自己为中心，形成一个个圆圈；声音在空气中以圆形波传播。同样的，位于空气中的任何物体也会形成一个个圆，并使周围的空间充满无数自己的类似体，如是进行下去，进入各个地方。”

牛顿在1704年发表了《光学》，比《原理》迟30多年，这是一部关于光的权威性论著。对于光牛顿也同对待其他事物一样，感兴趣的是其本性而不是其效果。他让阳光射入一间暗室，令其射过一系列棱镜，得到了

七色彩虹，并解释了白光为什么会因折射而分成不间的色光。达·芬奇在牛顿之前，也被研究过棱镜产生的彩色光带的现象。达·芬奇的结果体现在简单而明白的素描上，牛顿的结果则体现在通过反复钻研最终得出的，具有精确数学内容的结论上。从此，艺术家和物理学家在科学和艺术这两个领域内不仅要探索光的本性，还要关注色的奥秘。

牛顿和达·芬奇都对自然界的“运动”现象感兴趣。牛顿运动三大定律奠定了经典力学的基础，决定宏观世界的运动法则，从航天飞机的宇宙航行到人们的日常起居。自然现象缤纷多彩，自然规律简洁、普适，这就是物理学所具有的，深邃而含蓄的内在美。在历史上，伽利略首先指出，如果一个物体能够没有摩擦地在一个水平面上滑动的话，它将能保持自己的运动速度不变牛顿接受并发展了伽利略的见解，第一次用概括性的语言把惯性定律表达了出来。任何物体都要保持其静止或匀速直线运动状态，直到外力迫使它改变运动状态为止。

达·芬奇也曾努力去理解“运动与惯性”、“作用与反作”这些关键性的力学概念，而且离科学意义上的成功仅有一步之遥。他有这样的话:“所有运动都倾向于保持下去，或者不如这样说:所有被弄得运动起来的物体，只要驱动它们进入运动状态的作用的影响依然存在，运动就会继续下去。”在达·芬奇I486年关于鸟飞行的笔记中，我们可以看到其中一段的第一句话:“身体对空气施加的巨大压力就像空气对身体施加的压力一样。”这真是令人惊奇，这一论断比牛顿第三定律早了将近200年。当然，达·芬奇没有将这一概念应用于更广泛的场合，而且也没有建立起相应的数学公式来支持它，而牛顿却出色地完成了这些工作。达·芬奇对包括人在内的动物肌肉运动也进行了精细的研究，从而诞生了处于运动状态的人与动物解剖学。他在技术方面的发明草图，如飞机、坦克、机枪、降落伞、升降机等，至今令工程设计人员叹为观止。

牛顿和达·芬奇还有一个共同点，就是各自都具有和自己同时代的，旗鼓相当的竞争对手。牛顿必须和莱布尼兹争夺微积分的发明权，和胡克争夺万有引力的发明权。为此，牛顿搞中伤，耍诡计，一直折腾到英国皇家学会正式承认他的发现为止。达·芬奇和米开朗琪罗有两次正面交锋、竞争的机会,但均没有结果。与牛顿不同的是，在达·芬奇留下的大量手稿的著作中，即使在米开朗琪罗当街羞辱他之后，也没有发现贬低或攻击米开朗琪罗本人的文字，这点不得不让我们佩服。

三、感悟

如同牛顿和达·芬奇这样的例子还有许多，科学家与艺术家都在以他们自己