第二章自然科学与美学

CPT对称
• 物理学家李政道和杨振宁于1956年提出宇称并不总是守恒 的。对于亚原子粒子来说，四种基本相互作用中的三个扮 演着重要角色，即电磁相互作用、强相互作用和弱相互作 用。李杨二人认为目前没有证据证明宇称守恒适用于弱相 互作用。关于弱相互作用的基本定律并不像其他相互作用 一样不受镜面反射的影响。因此，弱相互作用应该包含有 某种测量左手性和右手性之不同的性质，而这种性质应该 能够用实验观测到。第二年（1957）实验上确定地证实了 由于beta衰变（一种弱相互作用），不稳定钴原子核发射 出来的具有左手性的电子（一同产生的还有反中微子）多 于具右手性的。也就是说，电子自旋转动方向左螺旋多于 右螺旋。
朱光潜（1897年-1986年），笔名孟实、盟石。安 徽桐城人。中国美学家、文艺理论家、教育家、翻 译家。朱光潜是北京大学一级教授
美是一种联想（朱光潜）
李泽厚，著名哲学家，现为中国社会科学院哲学研究所 研究员、巴黎国际哲学院院士、美国科罗拉多学院荣誉 人文学博士，德国图宾根大学、美国密西根大学、威斯 康辛大学等多所大学客座教授。主要从事中国近代思想 史和哲学、美学研究。以重实践、尚“人化”的“客观 性与社会性相统一”的美学观卓然成家
宋徽宗（瘦金体）
王羲之(晋)
何为理性美？
1)直接:通过思索探求从疑惑中得到解
脱;通过归纳和积累使思想和精神得到升
华.
（小孩数数，浮力定律）
2)间接:通过联想,将规律或过程与有类 同特点的感性美的体验相联系.
看到北斗七星你能直接联想 到什么，间接联想到什么？
3.自然美学的几个要点：
*物质世界在原始的层面上是按美学原理 (对称性,简洁性,普遍性)构筑的。
音乐的空筐性
• 贝多芬的成就却在于他向人类文化宝库提供了好 几个雄视百代、卓然独立于千古的音乐“空筐”： 《英雄》、《命运》、《田园》和《第九》这四 部交响曲，以及《Ｄ大调小提琴协奏曲》和《第 五钢琴协奏曲》等作品。这些“筐”竟是如此的 “空”，它们要求乐队指挥、演奏家和广大听众 把各自的内外阅历统统放进去。因此，有海菲茨 的贝多芬，也有梅纽因和小泽征尔的贝多芬，同 时还有卡尔、史密斯、张三、李四、王五、赵六 的贝多芬。 一起来听《命运交响曲》
4)国画:八大山人,吴伟,齐白石,林风眠.
明代画家 吴伟
朱 耷(dā )
林风眠
普遍性（空筐性）
美学三性之二
数学的空筐性
• 数学的抽象:1+1=2 • 毕达哥拉斯：数是宇宙万物的本原，研究数学的
目的并不在于使用而是为了探索自然的奥秘。他 们从五个苹果、五个手指等事物中抽象出了五这 个数。这在今天看来很平常的事，但在当时的哲 学和实用数学界，这算是一个巨大的进步。在实 用数学方面，它使得算术成为可能。在哲学方面， 这个发现促使人们相信数是构成实物世界的基础。
(2) 对于惯性系: 所有力学规律都是等价的
所有物理规律也是等价的？
(3) 对于惯性系: 所有力学规律经伽利略变换是对称
的
所有物理规律要经过什么样的变换才
也是对称的呢？
(4) 一惯性系的物理规律可以等价于另一惯性系，
一个加速系的物理规律又可以等价于一个什么 体系呢？
(5) 两惯性系的物理规律的对称性可通过洛仑兹变 换， 一个加速系与一个引力场系的物理规律的 等价又应该通过什么变换呢？
理论框架为好（亦称“空筐”性）
3） 对称性：如果对一系统，作某种操作后，系
统状态不变，则称系统对该操作对称。他是人类最原 始的审美心态。
简洁性
美学三性之一
简洁性:
1)物理模型: F=ma，E=mc2 2) “惜秦王汉武,略输文采;唐宗宋祖,稍逊风骚;一 代天娇成吉斯汗,只识弯弓射大雕.” 3)传统的京昆
“美”
• 请从甲骨文的美字猜测，在古代中国关于 美的最初认识
➢汉字 “羊大” 为 “美”：人的基本 欲望 ➢“羊人”为“美”：戴羽毛头饰的妇 女
二，美学定位 美学不是自然科学（以客体世界为本位） 美学不是社会科学（以群体社会为本位） 美学是人文科学（以个体精神世界为本位）
而自然科学的直接对象是物理（模型）世界
(6) 即然广义协变性的操作能使加速系与引力场对 称， 重力对电磁学的影响，或是黑洞附近的物 理学，只要做个假想实验，回答已知的物理学在作 匀加速运动的观察者看来会是什么样的就可以了，
房子的结构、大小、高 低、型状也与当地所取 的村料（木料、石块等） 的几何尺寸，物理等性 密切有关。千百次的试 造中，凡成功的往往是 满足力学、理化要求的， （比如对称的、黄金分 割的、省力省料的等） 也就被认为是“美”的
落魄江湖载酒行，楚腰纤细掌中轻。
人类对人体美的认同大体一致。女性三围腰围越小认为 越美，男性倒三角的体型也被认为是标准健美体型。请 猜测这种审美观是如何形成的？
（客体世界在主体世界上的投影）
所以形成“自然美学”这样一个边缘学科 也是顺理成章的
三，自然美学的意义
1。“美”是“真”的光芒。 只有沿着“美”路径，才能最终寻找到“真”。 2。 “美”是教育的原动力。 体验健康的，阳光的，自由的，成长的，和谐的， 秉弃扭曲的，阴暗的，压抑的，枯萎的，极端的。
美学的主要观点
“如果发现了这种不对称,那么我们又要问, 是否相应地还存在着另一种表象相反不对 称的基本粒子行为,从而在更广泛的意义上, 仍然保持着总的左右对称.”
_____李,杨
关于相对论，
思想实验
爱因斯坦是如何进行对称性思维的呢？
(1) 面对著名的迈克尔逊－莫雷实验结果：绝对时空 (以太) 绝对的空间对时间的变化率――绝对速度。
何为美？
几种美学流派： 1。美是和谐（李泽厚） 2。美是一种联想（朱光潜） 3。美是理念的感性显现（黑格尔）
美是一种感觉,是一种群体的感觉。因此对所有 个体而言，她具有客观存在的秉性，具有物质性。
美的功能：
*使人`高尚。 *使人智慧。 *使人快乐。
感觉 与 认识 感性 与 理性 美学 与 理学 艺术 与 科学
自然科学 与 美学
Science and aesthetics
大自然是美的，大自然的规律也 是美的。前者使人赏心悦目，后者使 人宁静志远。而两者都使人脱俗高尚。
毕达哥拉斯
古代：
毕达哥拉斯：数乃万物之源。
数的和谐既是自然规律之源，也是美感之源。 1，声之和谐，源于发音体的“量”（管弦之 长，钟鼓之重）的和谐。 2，形之和谐，源于其线，面，体的比例关系 的统一（黄金分割 (a:b=<a+b>:a) 1:0.618 ）
*当实验同样支持几个理论时，人们是通过 美学标准进行筛选的。
*真理的光芒就是美，沿着美的路径就能找 到真理。
*现代科技需要实验支撑，理论框架，也需
要美学依托。
美的形式在变迁
但美的本质却永恒
4．美学三性
1） 简洁性：描述同样的经验资料，具有最少量
的定义和模型的那个理论为好。
2） 普遍性：应用经验范围广，适应性强的那个
捕鱼、打猎的器具及发展到后来的兵器，最有效 的即是最美的同时也是最付合力学、热学原理的。 这往往与当地猎物的形状、活动情况和环境有关
古代造桥，在各种型状反复试验比较中， 最经久坚固的被认为是美的，当然也是最 符合静力学和动力学原理的。
从数学和声学的观点去研究声 音节奏的和谐，认为声音的和 谐都是由发声体的“量”（管， 弦之长短；钟鼓之大小）的和 谐所决定的。万物起源于数， 数的和谐既是科学的源泉也是 艺术的源泉。——毕达哥拉斯
开普勒苦苦追求天体运动的普遍规律
一天，牛顿坐在苹果树下沉思，
突然一棵熟透了的
掉下來，
打到了他的头。
牛顿恍然大悟，
喔～～
原來苹果会从树上掉下來和月亮会绕 着地球转是同样一回事，
都是万有引力造成的。
于是，牛顿写出了下面这个永垂不朽 的式子：
爱`因斯坦对“普遍性”的追求:
狭
惯性系
义
所有力学规律的等价(伽利略)
而按旋转知UOA＝UOA， △U＝0，则 力的切向分量FOar=0，即O、A(A’)的 作用只能在质心连线上，因而合力矩 为0，角动量守恒。
A F切
Δs
A/
o
对称与守恒
3
26
对称
操作
1
59
48
7
3 2 76 1 9 51 9 4 38
7
守恒：15
对称与守恒
3
26
对称
操作
1
59
3 2 76 1 9 51 9
2010年2月，美国最权威的世界性古今文艺理论选集《诺 顿理论与批评文选》第二版，收录了李泽厚《美学四讲》 “艺术”篇中的第二章“形式层与原始积淀”李泽厚作品 (14张)。这套文集由柏拉图的论著选起，一直选到当代。 李泽厚是进入这套一直由西方理论家统治的文论选的第一 位中国学人。
美是和谐（李泽厚）
美是理念的感性显 现（黑格尔）
中国书法
鞭端 效应
米芾 (音fú北宋 湖北襄阳)
中国的书法,所谓上品的，美的，无不讲究气韵生动，（获得美感 者，首先是执笔本人在书写过程中，其次才是观赏者）这实际上 就是书写者的整体运动——收放（心律）、吐纳（呼吸）和流动 （循环）有效地贯穿于腕指笔端，此时此刻达到最流畅、最协调、 最无阻力的状态，尤如力学中的鞭端效应。因此这必然与作者的 情绪思想密切相关。因而我们说字如其人，书法艺术最能体现人 品人格和人的生命状态。
诺特尔(德国女数学家)定理证明了对称操作与 守恒定律的联系，对称意味着操作使对象前后 状态等价，也就意味着该操作中一定隐含有某 个合作用(量)为零，也就意味着某个物理量在 该过程前后守恒
举例，空间旋转对称(各向同性)对应 着角动量守恒:如图：一对粒子O与A，
固势定 能O改，变将△Байду номын сангаасU沿＝圆-（弧F△OAS）移.到△AS’，，互相
庄子：判天地之美 析万物之理
“理”：玉之纹理---条理---道理---秩序---规律
0.618
爱
太
神
阳
维
神
纳
阿
斯
波
罗
1
大卫 米开朗琪罗
黄金矩形：矩形长宽的比为1:0.618
黄金分割
一，美学浅说 1。AESTHETICA（希腊，感觉好之意） 2。1750《美学》哲学家的箸作 3。1910 从日文译为中文。王国维 朱光潜 李泽厚 4。《艺术哲学》傅雷译 5。达芬奇，哥德，康德，黑格尔，马克思
48
4 38
7
守恒：15
7
6。 1—25。
守恒：65。
对称 操作
？
直到1956年，人们一直以为 孤立得多粒子系统总宇称是 不随时间而改变的，即守恒 的。对于基本物理相互作用 而言，宇称守恒意味着，无 法把左和右，以及顺时针和 逆时针区别开来。人们一直 认为，镜面反射对于物理定 律没有影响所以仅靠物理定 律的测量无法把一个系统和 他的镜面反射像区别开来。
对称缺损
“if such asymmety is indeed found, the question could still be raised whe ther there could not exist corresponding elementary particles exhibiting opposite symmetry ,such that in the broader sense there will still be overall right –left symmetry.”
• 华彦君 • 华彦均-《二泉映月》
诗歌的空筐性
• 李商隐《乐游原》
向晚意不适， 驱车登古原。 夕阳无限好， 只是近黄昏。
自然科学的空筐性
• 普朗克的黑体辐射公式
描述在任意温度下，从一个黑体中发射的电磁辐 射的辐射率与电磁辐射的频率的关系公式
维恩近似在短波范围内和实验数据 相当符合，但在长波范围内偏差较 大； 而瑞利-金斯公式则正好相反。 普朗克得到的公式则在全波段范围 内都和实验结果符合得相当好。
相 对
所有物理规律的等价(爱氏) 论
广 义 相
对统
论一
非惯性系(引力场) :所有物理规律的等价
场
电磁场--------
论?
微观:强弱相互作用--------
富兰克林 天电与地电的统一实验
对称性
美学三性之三
MAXWELL
电磁场理论:
如此对称 的电磁场 理论,究竟 是人们发 明的,还是 人们发现 的?
从其雏形期起就是紧密联系的
古代的陶器制作，先用植物藤枝编 成半球型骨架，然后抹上泥，再在 火上烤，干后成型作成容器，经过 千百次的试验，有的成功了，有的 失败了，那些成功的型状渐渐就被 认为是“美”的，而那些成功的型 状往往就是付合力学中力平衡原理 的，所以各地域先民的陶器外型往 往跟当地的植物种类（枝藤的长度、 刚度等力学性质有关