论科学美及科学审美作用

内容提要：本文说明科学美是确实存在的，科学是真与美的统一，科学美是美的一种高级形式，科学美的形态可分为科学事实美、科学理论美和科学实验美三方面，并一步论述了科学审美在科学创造中三种作用。
关键词：　科学美　形态　科学事实 科学理论 科学审美
一 科学美客观存在
正象在是否存在艺术美的问题上艺术家最有发言权一样,在是否存在科学美的问题上科学家也最有发言权。很多著名科学家都在各自的科学实践活动中感受、体验和发现科学美的存在。毫无疑问，很早科学家们就懂得科学中蕴含奇妙的美。哥白尼在《天体运动论》中第一句话是“是哺育人的天赋才智的多种多样的科学和艺术中，我认为首先应该用全副精力来研究那些与最美的事物有关的东西”。哥白尼选择这样一句话开始他的著作，清楚地表明了他是多么欣赏科学中蕴含的美。爱因斯坦曾称赞玻尔所提出的原子中的电子壳层模型及其定律是“思想领域中最高的音乐神韵”，而爱因斯坦的相对论则被不少科学家誉为物理学中最美的一个理论,玻恩说它“象一个被人远远观赏的艺术作品”。玻尔兹曼曾经把麦克斯韦关于气体动力学的论文当作神奇壮美的交响乐来欣赏。尽管科学家们对科学美的阐述大多是零散的、缺乏系统的,但他们对科学美的肯定则是不容怀疑的。 科学美是美的一种高级形式,是人按照美的规律创造的结晶。它是在人类审美心理、审美意识达到较高的发展阶段,理论思维与审美意识交融、渗透的情况下产生的。科学美客观地存在于人类创造的科学发现和发明之中,它是人类在探索、发现自然规律的过程中所创造的成果或形式。
二 科学是美与真的统一
科学的对象首先是自然世界。科学的目的在于揭示自然的奥秘,见出自然的真貌,反映自然的规律。自然界在外观上纷繁复杂,似乎杂乱无章,但在实质上和谐统一,具有规律可寻。宇观世界如此,微观世界亦然。科学研究就是要力图把握自然的统一与和谐。一种科学理论成果,如果揭示了自然界的规律,反映了自然界的和谐,它就不仅是“真”的,而且是“美”的。科学的最高境界便是这种真与美的统一。科学史上,欧几里德的几何学,爱因斯坦的相对论,普朗克的量子论等等被人们称为“科学的艺术品”,决不是没有道理的。科学美的实质在于反映自然界的和谐，科学(科学实验、理论、公式)之所以美,首先在于它能够把握客观实在,反映自然界的内在和谐。爱因斯坦曾指出:要是不相信我们的理论构造能够掌握实在,要是不相信我们世界的内在和谐,那就不可能有科学。自然的和谐与统一决定了科学理论的和谐与统一,是大自然的和谐之美决定了科学理论的和谐之美。
三 科学美的形态
科学美的形态可分为科学事实美、科学理论美和科学实验美。
1、 科学事实美
科学事实美是自然界和谐的结构和运动形式等客观存在着的科学研究对象的美。它是一种内在的理性美，它不是由感性直观而是由纯粹的理智所能感受的。科学事实对常人也许并不能起到特别的美感，但科学家却能感受到它迷人的美的特质。例如，达尔文把他所看到的热带植物描绘成永远留在人们心中的“一幅虽不清晰但却无限美丽的图象”。达尔文每当谈到一草一木时，都把它们看成活的、有人格的东西。即使在通常看来外观形式极不相同的自然对象那里，科学有也能够感受到相同的美。比如，物理学家研究针尖上原子的排列，昆虫学家分析蚊子眼睛的结构，化学家观察晶体的显微结构和物质的分子结构，都可以在不同的对象身上感受到一种对称之美。
2、 科学理论美
一种科学理论如果能以尽可能少的基本假设，运用明晰而严密的逻辑工具推演出具有普遍深远含义的结论，得出简单、对称的方程和公式，做出精彩的科学预见，这种理论就被科学家们称之为美的。欧几里德平面几何学可以说是科学理论体系美的典范。整个理论从十条公设和十条公理出发，演绎缜密而引人入胜。许多科学家称这为“雄伟的结构”，“巍峨的阶梯”。爱因斯坦的广义相对论，更是被无数科学家称赞为伟大的科学艺术品。
3、 科学实验美
科学实验美指的是科学实验设计及其实施过程中的科学美。它包括实验指导思想的创造性，实验装置设计的新颖性，以及实验技术与操作过程中的艺术性诸因素。科学实验美从设计到实施都让人感到严谨、准确、简洁、有序，富有艺术的韵律感，富有类似艺术审美的魅力。从美感效应来说，科学实验的巧妙和巨大成功，带给实验者的审美愉快不亚于完成了一件艺术杰作。杰出的实验科学家常被人称之为实验艺术家。德国物理学有维恩称赞俄国科学家列别捷夫测量光压的实验是“极其美妙的”，甚至认为他实验技巧之高是别人难以企及的。美籍华裔学者吴健雄也是当代最杰出的实验物理学家之一。她以非凡的实验才能，为诺贝尔奖金获得者李政道、杨振宁的“在弱相互作用下宇称不守恒“假说作了验证实验，其实验超乎寻常的难度曾使不少科学家望而生畏。她的无与伦比的实验成绩设计取得了巨大的成功，在实验科学史上写上了光辉的一页，同是也为实验美增加了一个精彩的范例。

四 科学审美在科学创造中的作用
审美在科学研究领域的重要意义在于它能推动科学创造。科学研究是以求真为最高目的的，但由于美是那样具有极大的魅力，是那样切合人性的需要，爱美作为人的本质力量之一必然自觉不自觉地贯穿到人的一切活动中去。具体地说，审美对科学创造的作用可分为动力作用、启迪作用和预构作用。
1、 科学审美的动力作用
对科学现象美的兴趣、好奇可激发科学家探索的欲望，形成他持久的动力，激活他的创造性思维和创造性想象。面对纷繁复杂的科学现象，科学家总是力求寻出其内在规律，而试图建构一套美的符号体系，以最准确、最简洁、最概括地传达所发现的规律。爱因斯坦对于理论建构时的美学动机十分重视，他坚信优美的数学形式和现实物理世界一定有着必然的联系。追求科学理论的不断完美，成为科学家进行科学创造的恒久动力。 很多科学家是自觉依据审美价值尺度,按照美的规律从事科学研究和科学创造的，认为科学理论不仅应当是真的，而且应当是美的。法拉第在研究电场和磁场的关系时，为了清晰地表述出自已的科学思想，呕心沥血。一段时间内，他的正确思想由于未能找到合适的形式表达，因而不能为人们所理解。这一工作后来由擅长数学的麦克斯韦完成了。他用简洁的数学形式不仅很好地表达出了法拉第的科学思想，而且在原有思想基础上又有了新的突破。
2、 审美的启迪作用
美是通过事物的形式表现出来的，因而具有一定的感性直观性。科学审美启迪也具有形象性特点，魏格拉提出大陆漂移说理论，就是得益于此。大陆漂移说是魏格拉受到地图上大陆边缘图形吻合的启发而提出来的。他从地图上得到启发后继续深入研究，最后得出了科学的理论。在科学史上，科学家和艺术家集于一身是不乏其人的。许多科学家有很好的艺术修养。因此，从艺术的审美中受到启迪的事例在科学研究中也比比皆是。伟大的天文学家开普勒在研究行星的运行规律时，就受到过家乡民歌《和谐曲》的启示。他将行星围绕太阳运转的角速度与乐曲的和谐旋律作类比，由此进一步研究，最后得出了行星运动的三大定律，成为“天空立法者”。
3、 审美的科学预构作用
审美预构是科学家在科学资料、实验设备缺乏的情况下，受到相关领域中事物的美学特性的启发，以美引真，提出科学理论的过程。真的科学理论必然是美的。科学现象表面杂乱无章，可现象的相互联系和相互作用中必具有和谐性和秩序性，必具有简单、对称等美学特性。门捷列夫的元素周期表的创制是以美求真的范例。门捷列夫根据自己现有的材料和审美经验，提出了元素性质按原子量递增而呈现周期性变化的规律的理论。门捷列夫根据他的科学美学思想，将当时已知的63种元素排成一张周期表，并探讨元素化学性质和原子量之间的关系。当时科学界公认铍的原子量是13.5，应排在第四类。可依据其化学性质，应排在第二类。从周期表的完美性出发，门捷列夫将铍放在第二类。最后经过精确测定，铍的原子量为9.4，理应归入第二类。这一事实正是出自他信奉的科学美学原则：真的理论必然是美的。从这一科学美学思想出发，他预言了三种未知元素的化学性质，认定它们的性质分别与硼、硅、铝相似。后来发现的这三种元素钪、锗、镓与他根据周期表预言的化学性质相同。
对科学美的好奇和追求可成为科学创造的心理力量，推动科学家不懈地去探索宇宙的奥秘，发现自然的规律，取得创造性成果。同样科学成果也将给美学提供丰富的内容。所以，科技工作者在进行科学研究时，不仅不应忽视科学美，还应加强美学方面修养，注意美学原则，既求真又求美。

参考文献：
[1] s.钱德拉塞卡（美 ）,《真与美》，科学出版社，1992
[2]陈望衡 主编，《科技美学原理》，上海科学技术出版社
[3]陈昌曙 主编，《自然辩证法概论新编》，东北大学出版社