浅析科学之美

浅析科学之美
摘要：科学美作为大科学的范畴，是美学、科学学、社会学、心理学的交叉概念。

本文将从介绍科学美开始，并逐渐分析其内涵、表现形式以及与艺术美的内在联系，最后讨论了科学美在科学发现中的若干作用。

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在日常生活中，人们把美的表现形态分为自然美、社会美和艺术美，这似乎已成定论，然而这种分类忽视了异彩纷呈的科学美。

实际上，科学美跟自然美、社会美和艺术美一样，是一种相对独立的审美形态。

为了使科学美学构建在一个可靠的基础上，有必要首先明确什么是“科学美”。

1、科学美的内涵
关于“科学美”，可以从两个方面加以讨论和理解，这两个方面其实也就是科学美的两种涵义。

其一，科学美是指科学本身的美；其二，科学美是指科学所揭示的自然之美。

科学美属于广义的社会文化美，它是审美存在的一种高级形式，是在理性探索未知的活动和在科研的最终成果中所具有的审美价值形式。

科学活动的每一次成功发现和每一项创造发明，都会带给人们精神的满足和情感的愉悦，这就是科
学美。

人们在对自然的研究中发现了美，并对之不断追求。

《庄子》“知北游”说：“天地有大美而不言，四时有明法而不议，万物有成理而不说。

圣人者，原天地之美，而达万物之理。

”在科学史上，科学理论被比作美的艺术品的例子是不胜枚举的。

傅立叶的理论被赞美为“一首数学的诗”；麦克斯韦关于气体动力学的论文更被人们当“一幕优美的音乐演出”来欣赏;海森堡则自称他的矩阵理论使他透过原子现象的表面能“窥测到一个异常美丽的内部”。

杨振宁教授对科学美感悟道：“物理学大师们小心翼翼地揭示出壮丽的自然本质之美时的感受，大约像构建哥特式教堂的建筑大师对那种崇高美、灵魂美、宗教美、最终极的美的虔诚颂。

”
2、科学美的表现
科学的美体现在其内容和形式上，也体现在科学的研究过程中。

几百年来，经过历代科学家们的探索和实践，科学界已经建立了若干宏伟完整或不完整的理论体系，这些理论在表述和结构上是那样的严谨和完美，它的美是能够反映客观世界本质的，所以说美是科学的本性，也是进行科学研究的方法。

科学美可以从下面几个方面来展现：
2.1简约美
简约美是科学美的重要标志，简单性也一直是科学家们长期追求的一个目标。

牛顿曾说过：“自然界喜欢简单而不爱以什么多余的原因以夸耀自己。

”爱因斯坦也认为“一切科学的伟大目标，即要从尽可能少的假说或公理出发，通过逻
辑的演绎，概括尽可能多的实验事实。

”其著名的质能公式2
E 就非常深刻
mc
的体现了理论的简单美，从形式上看这个公式极其简洁，但是它却深刻的揭示了自然界从宏观到微观的全部物质质量和能量之间的变化规律，而其方程中出现的自然界的极限速度——光速，又在简单中勾起人们对自然界的无限遐想。

现代的科学家们已经把简单性原则作为一个重要的方法论思想，因为理论提的越简单，它所设计的事物就越多，使用的范围也就越广，也就越接近真理，越能给人美的感染力。

2.2对称美
苏联物理学家米格达尔说：“科学的美在于它逻辑结构的合理匀称和相互联系的丰富多彩。

”早在古希腊，毕达哥拉斯学派就认为一切平面图形中最美的是圆形，一切立体图形中最美的是球形，因为通过圆心或球心的任何直线都是对称轴，转动到任何角度都与原图重合，可谓是最完美的对称。

沃森（获诺贝尔医学和生理学奖）一克里克（英国物理学家，获诺贝尔医学和生理学奖）的DNA双螺旋结构离不开对称;牛顿的绝对时间和绝对空间都有高度对称性;麦克斯韦的电磁理论是电现象与磁现象的对称;数学方程的等号两边由平衡的两部分构成，无论怎样变换、分解，还是保持对称。

爱因斯坦发现了麦克斯韦方程对伽利略变幻的非对称性以及惯性系与非惯性系之间的不对称，才开始分别恢复它们的对称性，提出了狭义相对论和广义相对论。

哥白尼的日心说体系使人们明白宇宙里有一种奇妙的对称，轨道的大小与运动都有一定的和谐和关系，人们都以“难于相信的欢乐心情去欣赏它的美。

”
2.3有序美
科学现象和规律在排列上由杂乱到整齐，由无序到有序而且按照一定的规律进行，这就是能够给人以美感的有序性。

太阳光透过棱镜形成的连续光谱，晶液凝固形式的空间点阵，太阳与行星的轨道排列，原子内电子的壳层的分布，都体现外型排列的有序性。

有序美最光辉的例子非门捷列夫的元素周期表莫属了。

门捷列夫把不同数目的质子和中子结合成各种元素，按照起质子数的多少和化学性质的周期性进行有序的排列，成为了一张表格。

而表格上的某处的缺陷则启示人们去发现以使其更完美。

3、科学美与艺术美相交融
无论是中国古代“六艺”的内涵，还是古希腊的“艺术”概念，都深刻体现出艺术与科学技术之间的密切关系。

如今人们也仍一直在探讨艺术与科学之间的关系。

物理学家、诺贝尔奖获得者李政道先生说：“艺术(诗歌、绘画、音乐等)用创新的手法去唤醒每个人的意识或潜意识中深藏着的已存在的情感。

情感越珍贵，反应越普遍，艺术越优秀。

科学(天文、物理、生化等)对自然界的现象进行新的、准确的抽象。

科学家抽象的叙述越简单、推测的结论越准确，应用越广泛，科学创造就越深刻。

科学与艺术的共同基础是人类的创造，它们追求的目标都是真理的普遍性。

它们像一枚硬币的两面，是不可分割的。

”画家吴冠中说，科学揭示宇宙的奥秘，艺术揭示情感的奥秘。

爱因斯坦说，真正的科学和真正的音乐需要同样的思维过程。

艺术与科学的关系曾经是非常密切的，它们的分离是工业革命前后的事情，这与科学技术的发展和深化、各种职业化行为的出现有着密切关系。

但二者的有机结合对艺术和科学的发展都是大有益处的，文艺复兴时期的
科学文化成就，就是艺术与科学相互融合共同发展的最佳体现。

艺术与科学是息息相通的，这一点哲学家看得更准确而深刻，德国哲学家斯宾格勒曾经说，他从精确优美的古希腊雕塑中似乎看到了毕达哥拉斯、欧几里德；从西方乐曲旋律中看到了笛卡儿、牛顿、莱布尼兹、殴拉和高斯。

“艺术是情感化的科学，科学则是精确化的艺术。

”
总之，科学与艺术从不同的角度来研究人类和自然，都是人类文化的组成部分。

科学创造和艺术创造都要遵循和服从美的规律，科学美与艺术美一样建筑于自然美的基础之上，是美的一种高级形式。

艺术家需要利用科学手段更好地通过艺术来表达自己的情感，而科学家需要借助艺术创造的有机模式去说明世界。

科学靠严谨的论述而得出认识的结果，艺术倚重人的内在情愫而创作出感人的作品，两者的联系既紧密又实际，是帮助人类改造自然、改造社会的两把钥匙。

4、科学美在科学发现中的作用
4.1科学美是推动科学发现的强大动力，它来自对自然和谐、统一之美的深层体验和形而上的认识。

科学研究的对象是自然界，科学发现的目的在于揭示自然的奥秘，找到自然的规律。

自然本身所表现出来的美，正如英国文学家爱迪生所描述的，自然之美是伟大之外又加上一种美或奇特，例如惊涛骇浪中的海洋，由繁星装饰起来的天空……。

正是存在于自然界的这种美不仅是指那些倏忽即逝的外在形式之美，而是指大自然内在深层结构所具有的简单、对称和巧妙秩序的理性之美，才为科学家的诞生和工作开辟了道路，科学家也成为赞美“上帝杰作”的最好诠释者。

大
自然所具有的震撼人心之美，激励了无数的科学家想要“以最适当的方式来画出一幅简化的和易领悟的世界图像”，科学家通过自己切身的体会，感受到“渴望看到这种先定的和谐”，已成为“无穷的毅力和耐心的源泉”。

科学家彭加勒曾说：“科学家研究自然界是因为它的美激起了科学家的热爱之情，这才产生了科学活动和整个人类生活。

如果自然界不美，也就不会有科学活动”。

如果自然界不美，就不值得去了解，生命也就没有存在的价值”。

对自然界和谐、统一的坚定信念已成为科学家从事科学活动的初衷，甚至内化为一种虔诚般的宗教信仰，它作为一种巨大的动力成为推动发现的力量源泉。

4.2科学美是帮助科学发现的奇妙工具，具有重要的方法论功能。

对于许多科学家来说，对美的追求不仅是进行科学探索的动机和动力之源，也是他们行之有效的一种科学方法——准美学方法。

这种准美学方法自始至终地贯穿在科学发现的全过程——提出问题、构建假说、评价理论—一之中，起着不可或缺的作用。

科学美的助发现功能体现在以下方面：
4.2.1科学美具有导引功能。

对美的不同感受和领悟是引导科学家进入新的研究领域、选择科学问题的最直接诱因。

4.2.2科学美具有建构功能。

科学家们运用科学美的标准大刀阔斧地挑选经得起反复推敲的科学事实，批判地考察理论赖以成立的逻辑基础，甚至对某些根深蒂固的基本假设和概念也不放过，对理论的基础进行改造，从而构建出形式简洁、文字精练、思想深刻的科学理论。

4.2.3科学美具有选择功能。

科学美的这一功能贯穿在科学家探索的全过程中，他们通过审美感选择理论而做出发现，他们也通过审美判断鉴赏理论而坚定信。