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物理学之美
谨以此文献给2005世界物理年,高岩)
物理学(physics)一词起源于古希腊,拉丁文原意是“自然”。自公元前七
世纪,物理学就以自然哲学的形式从人类的生产劳动中萌芽出来,先后经历了古
代物理学、经典物理学、近代物理学和现代物理学四个阶段。然而物理学在这近
三千年的发展历程中却存在着一些起过作用的、科学之外的,并且在一定程度上
为非理性的、有价值的动力因素,它们与美学有关。
美学是一门既古老又年轻的科学。从古代到现代,随着人类思维能力的发展
和审美领域的扩大,人们开始对审美经验进行思考;于是美学思想便逐步形成。
西方美学思想亦发源于古希腊;其早期的美学思想大都依附于自然科学,往往是
在探究宇宙本原时涉及美的问题。其代表人物就是柏拉图和亚里士多德。亚里士
多德关于美的理论是建立在对柏拉图唯心主义理式论的批判基础上的,他认为美
不存在于超感性的理式世界;美只存在于具体的美的事物中。
美学观念在自然科学的发展中起的作用是不可替代的。早在我国春秋时期,
庄子则有“原天地之美,而达万物之理”的言句。而在古代西方,毕达哥拉斯学派
则把对自然奥秘的探索与对自然美的追求统一起来;把数的和谐性作为科学解释
的最高原则。自那时以来,寻求自然界的美成为了推动自然科学发展的动力。
十七世纪以后,近代自然科学中兴起的经验主义思潮,曾一度造成了科学与
美学在某种意义上的分离。进入二十世纪以来,以相对论和量子力学为代表的近
代物理学革命的兴起却在更大的深度上推动了科学美学的发展。众多的物理学家
从各自的科学创造实践中感受到物理理论的审美价值;在美学原则的指引下,他
们作出了杰出的工作。美学因素不仅渗透到科学创造的原动力中,而且也渗透到
物理理论体系的构建与表述中。美学原则潜在地影响着科学成果的内容与形式;
人们甚至把美学价值的大小看做是评价一个科学理论成就大小的重要标准。
物理学的美学意义在于它对世界美的反映。世界是美的,因为世界是一个完
美的物质结构,体现出和谐、简洁、统一的形态、秩序、节奏。它具有为大的力
量和美丽的规律。它不停地运动、变化、发展。它充满了丰富的、活跃的和生动
的美。物理学的美蕴含着真,并且闪耀着形式美的光辉。物理学理论的美是有形
式的;因为无形式就无内容;没有情感,没有丰富的想像力,任何创造,任何认
识都是不可能的。物理学家是有感情的;物理学家的感情可以激励他们去创造最
完美的理论、最完美的成果、最完美的表达。这样物理学就不仅显示出内容的美、
理性的美、逻辑的美;而且还显示出形式的美、情感的美、形象的美。
在物理学理论中,美与真的关系历来为物理学家所重视,并做出过许多有益
的探索。一些物理学家相信,一个具有非常强的美的感性的物理学家所创立的历
来最终总可能是真的,在需要对美与真作出选择时,他们宁愿选择美。过去人们
在科学活动中判断科学的真理性时,历来坚持逻辑标准和经验标准;而现在,越
来越多的自然科学家提出并探讨了科学真理的美学标准问题。这样,美学标准就
与逻辑标准、经验标准一起,参与了科学真理的检验,使得科学真理中的真与美
两个方面紧密的结合起来。也正是真理的这种美成为了科学家们热衷于探索自然
的一种驱动力。
然而,在很多情形下,理论物理物理学家的这种驱动力是如此的远离实用性
概念,以致于更接近于艺术家的动力。一些人对自然具有一种近乎宗教情感的、
神秘的敬畏之情;而对其他许多人来说,那是一种美的崇敬。美是物理学发展中
一种强大的推动力,而且美学在我们概念的表现形式方面至少起着部分的作用。
但物理学家的想像力的成果最终必须建立在与实验定量一致的基础上。物理学与
艺术在美学动机之间,有一个根本的区别。艺术不必受制于其他权威;而而来性
必须遵从由实验和观测所体现的“真理”的最后裁决。不管一个可疑的定理如何漂
亮,它必须为实验验证后,才能被接受为定理。不过不论是在这条定理的初始拟
真,还是在其证明被接受后其价值的认同方面,美都起着重要的作用。
艺术创造是美的创造,科学创造也同样是一种美的创造。人类认识世界和改
造世界的实践活动是一种自由的、自觉的,创造性的活动。这种活动本身就包含
着人类对美的执著追求。正因为这样,当布鲁诺发展了哥白尼的天体理论提出宇
宙是无限的,太阳也是运动的正确猜测时,从泛神论出发认为作为世界灵魂的普
遍的世界形式照耀着整个世界,使万物处于这么一个惊人的和谐秩序中,这种普
遍的世界形式本身就是内在的艺术家。被认为可与哥白尼的《天体运行论》想媲
美的不朽著作,是康德在前批判时期发表的《自然通史和天
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