论音乐与物理学

论音乐与物理学

从古代到今天，很多科学家就艺术与科学都谈论过自己的对其二者的看法，就物理学家来说，他们大多都热爱音乐，波尔曾说：“我个人的经验就是，很多科学家和工程师都受过良好的教育，他们热爱音乐艺术，我年轻的时候，钢琴弹得很好。”[1]他们之所以能够在科学上做出惊人的创举，在很大程度上与他们的音乐爱好有着密切的关系。

本文就音乐对物理的影响及其二者的关系做简单论述。下面简单介绍一下几为物理学家的音乐情趣。

1 物理学家与音乐

1.1爱因斯坦与音乐

被誉为“近代物理学之父”、“原子弹之父”的20世纪最伟大的物理学家阿尔伯特·爱因斯坦，一生不仅酷爱音乐，更没有离开音乐。被举世闻名的滑稽大师卓别林称为“浪漫主义艺术家”。他既是一个出色的“第一小提琴手”又能弹得一手好钢琴。

爱因斯坦6岁起练习拉小提琴，随后学习弹钢琴。随着时光的流逝，爱因斯坦对音乐渐渐入迷。到了中学时期，他已经能拉一些著名作曲家的作品了；上大学时，爱因斯坦经常到同学家中参加音乐会。在爱因斯坦坎坷漫长的一生中，他与小提琴总是形影不离，他几乎没有一天不拉小提琴，他经常参加各种演奏活动，演奏音乐简直成了他的“第二职业”。他无论走到哪里都会带着他心爱的小提琴，甚至连参加庄严的物理学会议，他也不忘上台为人们弹奏几首曲子。据说，有一次爱因斯坦到一个小镇上受邀去参加一个慈善晚会上演奏莫扎特第四协奏曲。在第二天报纸报道：“小提琴家爱因斯坦的演出技艺精湛……据说他在物理学方面也颇有建树。”爱因斯坦听说后非常开心。

在爱因斯坦进行科学研究的过程中，每当他工作之余、或在工作遇到障碍时，总爱拉一段小提琴，或在钢琴上弹一会儿。音乐促进了爱因斯坦大脑的发展，为他创造了最佳的思维能力和超人的智慧。据他的夫人介绍，在他成年后研究相对论的日子里，他经常与钢琴相伴，从不会见客人，甚至很少下楼吃饭，直到他的论文完成。

1.2普朗克与音乐

普朗克认为，音乐艺术和物理学的最高使命都是试图去揭露自然界的秘密，音乐至少是去表现这种秘密。

普朗克幼年时就表现出很高的音乐天赋，钢琴和手风琴都弹得很好。他一生酷爱古典音乐，是一位优秀的钢琴家，年轻时还写过一部轻歌剧。1874年高中毕业，在选择大学的专业时，十分苦闷，因为他在音乐、语言文学和自然科学之间拿不定主意，该选择哪一个专业，几经斟酌才选定了自然科学决定成为一名物理学家。但他对音乐的爱好和热情，却至老不衰，成为他生活中的一种消遣。他在慕尼黑大学工作时，曾是该校合唱团的指挥。他还领导一个乐队，每逢节日就在教堂里演奏。他最喜欢巴赫的“布兰登堡第三协奏曲”。自从他和爱因斯坦共事后，他俩常常一起配合演奏。前者弹钢琴，后者拉小提琴，场面十分动人。在他去世前夕，还坐在

钢琴旁，每天弹奏一个小时的巴赫和莫扎特的作品。世界著名小提琴家约阿西姆同普朗克对古典音乐的见解是非常默契的，他们常常在一起演奏巴赫、莫扎特、贝多芬和勃拉姆斯的曲子。

1.3玻尔兹曼与音乐

玻尔兹曼比较擅长钢琴演奏。他曾以音乐家的语言评论麦克斯韦的文章，他说：“谁不知道麦克斯韦关于气体分子动力学理论的论文?文章首先是对速度变化的庄严壮丽地论述，然后状态方程从一边进入，有心场中的运动方程从另一边进入。公式的混乱程度越来越高。突然，我好像听到定音鼓。鼓槌四击“敲定N＝5”，此时邪恶的精灵v(两个分子的相对速度)消失了。阅读麦克斯韦的文章就像在欣赏音乐一样，一直突出的低音突然沉寂了，似乎不可超越的东西好像被魔术般的一声鼓鸣超越了。这时不是问为何这个或那个来代替它的时候，如果你不能与那音乐一道同行，那就把它放到一边吧。”对于麦克斯韦文章所对应的音乐风格，玻尔兹曼这样描述：“麦克斯韦不写注释的标题音乐，一个结果紧随另一个结果，连绵不断，最后，像一阵意外的旋风，热平衡条件和迁移系数的表示式突然出现在我们面前，紧接着幕落了！”[2]

1.4海森伯与音乐

海森伯对音乐就特别敏感，8岁时开始弹奏钢琴，在十三四岁时已进阶到经典音乐作品之中，不久便成为一位室内音乐演奏家。他还曾思考是否做音乐家，但终究还是选择了最喜欢的物理学。第一次世界大战之后德国的一次全民性的教育运动中，海森伯他不但给工人和士兵们上天文学，还和一位音乐学院的女生一起向他们介绍莫扎特的歌剧，课上得非常成功。海森伯终身热爱音乐。他逝世之后，悼词是这样评价他的：“他首先是天生的人，其次才是卓越的科学家，然后是一个近乎具有创造才能的艺术家，而第四才是出于责任感的政治人物。”

热爱音乐的物理学家还有很多，如费恩曼、薛定谔等，这里就不一一列举了。

物理大师们之所以热爱音乐，并不单纯是为了娱乐，是因为音乐对他们所从事的科研工作有着不可估量的作用。

2 音乐对物理学的贡献

科学思维通常被看作抽象思维，具有严肃、逻辑、合理的特点；音乐思维主要是形象思维，富有丰富的想象。艺术思维与科学思维不是相互对立、排斥的；二是相互包含、促进的。想象、直觉、灵感与创造性思维都属于形象思维，他们在科学研究中却占有极其重要的地位。钱学森从自己的亲身体验中认识到：科学工作总是从一个猜想开始的，然后才是科学论证；换言之，科学工作是源于形象思维，终于逻辑思维。形象思维是源于艺术，所以科学工作是先艺术，后才是科学。可见，艺术在科学工作中占有重要地位。他还说：“这些艺术上的修养不仅加深了我对艺术作品中那些诗情画意和人生哲理的深刻理解，也让我学会了艺术上大跨度的宏观形象思维。”[3]

2.1音乐与想象力

爱因斯坦说：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界上的一切，推动着进步，并且是知识进化的源泉。严格地说，想象力是科学研究中的实在因素。”[4]爱尔维修称想象为“形象的发明家”。想象力既是发明创造的一种能力，也是学习的一种

能力。在艺术创造活动中需要想象，在科学研究活动中也需要想象，科学发明需要科学家的想象能力。在科学创造中，想象是催产素。爱因斯坦在回答德国心理学家维特迈格尔采访时说，在相对论产生过程中，我是把它当成—种形象，一个能看出来的公式。在科学活动中，想象不仅能揭示真理。而且还能预见新的科学发现。爱因斯坦的相对论是一种非凡想象力的体现，他构思出神奇的“追光实验”和“升降机实验”是一种纯粹的想象，他创立的“狭义相对论”和“广义相对论”就是一种科学发现。

爱因斯坦曾强调：“提出一个问题，往往比解决一个问题更重要。因为解决一个问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已，而提出一个新的问题，新的可能性，从新的角度去看旧的问题，却需要有创造性的想象力，而且标志着科学的真正进步。”[5]只有善于想象，才能使思路开阔，思维灵活了，才能在乎常所见中提出问题。

音乐的特性是幻想，“音乐形象”是抽象的，它看不见摸不着，同时，音乐又具有不确定性，是对客观世界、宇宙的一种深情的、神秘的幻想，这正符合人们生活的心理状态。因为人生下来就经常处于未知之中，而音乐的幻想可以让他寄托自己干变万化的情思。所以，音乐能激发一个人的想像力。像贝多芬等音乐家的许多无标题乐曲，全凭着欣赏者自己的感受和领会来展开想像的彩翼，在大自然纵情飞翔。况且任何一种曲式，都不可能有固定的格式，任何一首乐曲都有它自己的特点。不同的人对于同样的音乐会有不同的感受，有时同一个人欣赏同一段音乐，不同的时间段会有不同的感受。所以，音乐会给欣赏者、演奏者和创造者留下广阔的想象空间和创造空间。

2.2音乐与直觉思维

爱因斯坦说：“我首先是从直觉发现光学中的运动的，而音乐又是产生这种直觉的推动力量。我从六岁起，父母就要我学习小提琴，音乐的感觉给我带来了新的发现。”[6]真觉，是不经过逻辑推论的直观。直觉思维是一种特殊的认识能力，是以经验为依据的，而经验来源于学习和实践，其中包括音乐，所以，音乐是产生这种直觉的推动力量。一切创造活动都需要直觉的参与，在科学创造中占有重要地位。苏联哲学家、化学家凯德罗夫指出：“从认识的辩证过程的观点看，直觉行为在自身中不仅不包含某种反常的东西，而相反，它是一切创造性的能动的思维和一切科研工作的绝对必不可少的成份。”[7]在物理学中，普朗克的量子论，与直觉思维有着天然联系。科学家们认为，在科学创造中，直觉重要的原因在于它能帮助科学家翻越认识的障碍物。爱因斯坦曾说过，在科学思维里总有诗意的成分存在。真正的音乐和真正的科学要求同样的思维过程。审美心理因素中的直觉、想象在科学创造中尤其重要。法国物理学家、物质波动说的创始人路易·德·布洛伊说：“想象力让我们立刻以能显示出某些细节的直观图象的形式想象到物理世界的一部分，直觉以某种与艰难的三段论毫无共同之处的，没有现实深度的内在顿悟的形式暴露结我们。想象力和直觉是智力本身固有的条件；它们过去和现在都在科学创造中起着重要作用。”[7]

2.3音乐与灵感思维

灵感思维是艺术家常用的形象思维方式，它的出现具有偶然性、经验性，可以说是“得来全不费功夫”。其实灵感的出现需要积累广博的知识、丰富的经验，深刻的思考、反复的实践