王 恒

近來人們對科學和藝術(shù)的關(guān)系，以及它們之間的相互作用展開了討論。這是一個很好的開端?？茖W和藝術(shù)是人類生存、發(fā)展的重要支柱，是解決人類各種問題的最根本的源頭，調(diào)整好二者之間的關(guān)系尤為重要。

筆者長期從事科普工作，只能從自己的視角觀察和理解科學和藝術(shù)之間的關(guān)系，所談內(nèi)容不過是一孔之見，敬請批評指正。

一、 科學與藝術(shù)都來源于實踐

很多人認為，科學和藝術(shù)是在不同軌道上行駛的列車，是很難相會的。即使有人認為科學和藝術(shù)是有交集的，也說不清楚它們?yōu)槭裁磿薪患?。其實，科學和藝術(shù)不僅有交集，而且是“孿生兄弟”。舊金山探索館創(chuàng)立者弗蘭克·奧本海默(Frank Oppenheimer)認為：“藝術(shù)家和科學家都在觀察自然，藝術(shù)家是表現(xiàn)自然，而科學家則通過觀察、實驗發(fā)現(xiàn)自然的本質(zhì)。”[1]由此可見科學和藝術(shù)是同源的，它們都是來自大自然的恩賜。當然，社會現(xiàn)象也會引起科學家和藝術(shù)家的觀察和思考。

雖然科學和藝術(shù)都是來自大自然和社會的恩賜，但它們并非自然產(chǎn)生，而是通過人類辛勤的活動取得的，也就是通過實踐取得的?？茖W發(fā)明、發(fā)現(xiàn)是通過實踐得到的，毛澤東同志說：“你要知道原子的組織同性質(zhì)，你就得實行物理學和化學的實驗，變革原子的情況。”[2]276藝術(shù)成果也是通過實踐形成的，毛澤東同志說：“作為觀念形態(tài)的文藝作品，都是一定社會生活在人類頭腦中的反映的產(chǎn)物。”[2]862

總之，“只有人們的社會實踐，才是人們對于外界認識的真理性的標準?！盵2]273

實踐過程中，人們首先產(chǎn)生了感覺和印象，這樣的東西反復多次，就會在在大腦里產(chǎn)生概念。概念抓住了事物的本質(zhì)，形成科學?？茖W家通過觀察、實驗發(fā)現(xiàn)自然內(nèi)在的規(guī)律形成了定律和法則，成為人類與自然和諧相處并改造自然的依據(jù)。藝術(shù)也是如此，通過對自然的反復觀察、反復驗證就會達到藝術(shù)的最高臺階：表達哲理，陳述世界。

無論是科學還是藝術(shù)，在實踐的過程中都要進行由此及彼，去偽存真，由表及里的思考和形成概念的過程。在這個過程中，人的大腦起了重要的作用。恩格斯在《勞動在從猿到人轉(zhuǎn)變過程中的作用》一文中告訴我們：“由于手、發(fā)音器官和腦的共同作用，人才變成有能力來進行更復雜的活動和有能力來提出和達到更高的目的?！盵3]143人們創(chuàng)造出很多行業(yè)，如農(nóng)業(yè)、紡紗、織布、冶金等。“最后出現(xiàn)了藝術(shù)和科學。”[3]4所以說，科學和藝術(shù)就是人類在實踐中提出并希望達到的“更高的目的”。

現(xiàn)在人們對大腦的研究認為，人類的左腦傾向于邏輯思維，右腦則傾向于藝術(shù)思維。如果左腦發(fā)達，適合做工程師、自然科學家、數(shù)學家，右腦發(fā)達則適合做音樂家、作家或者畫家。然而無論是從事邏輯思維的左腦還是從事藝術(shù)思維的右腦都長在同一個人的頭上，無怪乎人類歷史上出現(xiàn)過許多既是科學家又是藝術(shù)家的大師。

達·芬奇(Leonardo da Vinci)是畫家，他的名畫《蒙娜麗莎》千古流傳，然而他也是一位科學家。在物理方面，他發(fā)現(xiàn)了液體壓力的概念，提出了連通器原理；醫(yī)學方面，他被稱為近代生理解剖學的始祖；軍事方面，他設計了簧輪槍、子母彈、三管大炮、坦克車、浮動雪鞋、潛水服及潛水艇等。因此，他不僅是一位藝術(shù)大師，同時也是一位出色的科學巨匠。

摩爾斯(Samuel Finley Breese Morse，1791年4月27日—1872年4月2日)從小就喜歡畫畫，學成后以畫肖像畫為生，成為職業(yè)畫家。這個毫無電學知識的畫家，經(jīng)過潛心努力發(fā)明了摩爾斯電碼，這是他的第一項發(fā)明，于1839年發(fā)布。電報就是運用摩爾斯電碼來傳遞信號的，1844年摩爾斯從華盛頓州向巴爾的摩拍發(fā)了人類歷史上的第一份電報。

科學和藝術(shù)的發(fā)展還需要財富的積累，恩格斯在《家庭、私有制和國家的起源》一文中痛斥了資本主義掠奪財富的卑劣手段之后，也提出了財富在科學和藝術(shù)發(fā)展方面的作用：“如果說在這個社會內(nèi)部科學曾經(jīng)日益發(fā)展，藝術(shù)高度繁榮的時期一再出現(xiàn)，那也不過是因為在積累財富方面的現(xiàn)代一切成就不這樣就不可能獲得罷了?！盵4]

二、 科學與藝術(shù)服務于社會

自然和社會現(xiàn)象、實踐、頭腦、財富是科學、藝術(shù)的源泉和發(fā)展基礎(chǔ)?？茖W家創(chuàng)造物質(zhì)財富，藝術(shù)家創(chuàng)造精神財富，他們都歸宿于服務社會。

黃河是中華民族的母親河，是中華民族的搖籃。當光未然屹立在黃河邊，看著那洶涌的波濤，一泄千里奔騰而去的黃色激流，看著黃河船夫在浪濤中奮力前行的身影，聽到那鏗鏘有力，催人奮進的黃河船夫號子，他的心中也同樣洶涌奔騰。面對日寇侵略，國難當頭，他發(fā)出了怒吼：“風在吼，馬在叫，黃河在咆哮！”由光未然作詞、冼星海作曲的《黃河大合唱》就此問世了。《黃河大合唱》是全中國人民抗擊日本侵略者精神力量，向全世界人民展示了中國人民抗日的勇氣和決心。激昂的歌聲很快傳遍全世界，這是藝術(shù)家愛國的最高境界。

毛澤東同志的《在延安文藝座談會的講話》一文告訴我們：“文藝就是把這種日常的現(xiàn)象集中起來，把其中的矛盾斗爭典型化，造成文學作品或藝術(shù)作品，就能使人民群眾警醒起來，感奮起來，推動人民群眾走向團結(jié)和斗爭，實行改造自己的環(huán)境?！盵2]863毛澤東同志在這里指出文藝是解決人民群眾精神世界方面的問題。由此可見藝術(shù)家解決的是精神世界方面的問題，創(chuàng)造的是精神財富。

當水利專家黃萬里站在黃河邊上，他看到的是黃河泥沙滾滾，水土流失，這將給國家和人民帶來巨大的災難。黃萬里經(jīng)過多方考察和研究提出了《對于黃河三門峽水庫現(xiàn)行規(guī)劃方法的意見》，對防洪方法及下游的防洪問題闡述了自己的看法。他認為三門峽建壩不可行，水庫建成后很快將被泥沙淤積，結(jié)果是將下游可能的水災轉(zhuǎn)移到上游，成為必然的人為災害。同時黃河下游河床的造床質(zhì)為沙土，即使從水庫放出的是清水，也要將河床中的沙土挾裹而下，黃河仍然不會變清[5]。

毛澤東同志在陜甘寧邊區(qū)自然科學研究會成立大會上說：“自然科學是很好的東西，它能解決衣、食、住、行等生活問題，所以每一個人都要贊成它，每一個人都要研究自然科學?！盵6]衣、食、住、行等生活問題就是物質(zhì)方面的問題?？梢娍茖W家解決的是物質(zhì)世界方面的問題，創(chuàng)造的是物質(zhì)財富。

無論是科學家還是藝術(shù)家，他們工作的成果如有用武之地，必然是服務于社會的，是為人民服務的。因此，科學家和藝術(shù)家都是人類社會發(fā)展的中流砥柱。

三、 科學與藝術(shù)相輔相成，相互影響

科學的發(fā)展有時候是被藝術(shù)推動的。14—17世紀在歐洲發(fā)生了一場反映新興資產(chǎn)階級要求的思想文化運動，史稱文藝復興(Renaissance)運動。歐洲的文藝復興，顧名思義是一個文化藝術(shù)的復興運動，卻同時成為了近代自然科學的起點。“近代自然科學，就像整個近代史一樣，是從這一個偉大時代算起，這個時代稱之為文藝復興?！盵3]一場文藝復興運動，卻成了偉大科學時代的起點。不得不說科學和藝術(shù)是相通的，它們的相通是在思想的深處。

2000年，1989年諾貝爾物理學獎獲得者，德國物理學家漢斯·德默爾特(Hans Georg Dehmelt)應筆者之請為中國青年題詞，內(nèi)容只有一句話：“去讀歌德的《浮士德》吧！或許你會對科學產(chǎn)生興趣。(Science might appeal to you. To find out read Goethe’s Faust.)”

《浮士德》(Faust)是德國著名詩人、劇作家、思想家歌德(Johann Wolfgang von Goethe，1749—1832)創(chuàng)作的長篇詩劇，它反映了從文藝復興到19世紀初德國進步的、科學的力量與反動的、神秘的力量之間的斗爭?！陡∈康隆分袥]有科學研究的具體方法，它對科學家的影響是潛移默化的，很大程度在思想上影響科學家的思維方式。這也許就是漢斯·德默爾特把《浮士德》推薦給中國青年的原因。

有人說：藝術(shù)家的思維方法是形象思維，科學家的思維方式是邏輯思維，其實并不盡然。科學家的工作往往是從一個猜想開始的，然后才是科學論證。也就是說科學創(chuàng)新的思想火花是從不同事物的大跨度聯(lián)想開始激活的。而這正是藝術(shù)家的思維方法，即形象思維。

法拉第(Michael Faraday)在研究電磁現(xiàn)象時，提出了磁力線這一概念。此概念既不是邏輯推理得到的，也不是科學論證得到的，是法拉第通過形象思維得到的。一開始很多科學家對此都不認可，此后的歷史證明這一概念對電磁學的發(fā)展大有用處。

藝術(shù)對科學具有極大的啟發(fā)作用。德國物理學家海森堡(Werner Karl Heisenberg)受音樂理論中泛音振動的頻率是基音振動的整倍數(shù)的啟發(fā)，做出了原子躍遷的基頻與次頻的實驗[7]；英國化學家紐蘭茲(John Alexander Reina Newlands)受音階的啟示而發(fā)現(xiàn)了原子遞增的規(guī)律從而創(chuàng)造了“八音律”表[8]。

科學對藝術(shù)的影響也是巨大的。以雕塑為例，其發(fā)展很大程度依賴材料科學的進展。古代藝術(shù)家只能用陶土制作藝術(shù)品，隨著銅、鐵冶煉技術(shù)的出現(xiàn)，藝術(shù)家可以制作各種銅和鐵的藝術(shù)品，也可以用銅、鐵制作的工具制作各種藝術(shù)品，如石雕，開辟各種洞穴、石窟?，F(xiàn)代，各種新型雕塑材料和工具層出不窮，雕塑作品五花八門。雕塑材料、雕塑工具都離不開科學的發(fā)展。其他藝術(shù)門類也是如此。

科學對藝術(shù)的影響是多方面的，更重要的是思維方式和世界觀的影響。有時候藝術(shù)家也要采用科學家的思維方式。小說家、戲劇家在編寫小說、劇本時都要采取邏輯思維的方式，否則故事情節(jié)就會違背事物發(fā)展的普遍規(guī)律。

科學家和藝術(shù)家是可以成為朋友的，他們的友誼不僅可以豐富精神生活。對于事業(yè)發(fā)展也很重要。

安徒生(Hans Christian Andersen)和奧斯特(Hans Christian ?rsted)就是這樣的朋友，一個是世界著名的童話作家，一個是發(fā)現(xiàn)了電流磁效應的物理學家，他們經(jīng)常就當時的技術(shù)發(fā)明、科學在藝術(shù)中的地位等問題交流看法，互相影響，互相啟發(fā)。

安徒生的作品深受奧斯特自然觀的影響，他于1853年發(fā)表了一篇類似科幻小說的童話《千年之后》，其中居然預言了飛機的發(fā)明和英吉利海峽海底隧道的興建。奧斯特則嘗試創(chuàng)作詩歌與散文，有組詩《飛艇》等作品問世。

他們有時也有爭論。奧斯特主張，詩的表現(xiàn)絕對不能偏離科學事實；安徒生則認為，詩歌要從自然和科學中汲取靈感，而不是機械地描摹現(xiàn)實。奧斯特譴責任何迷信思想和行為，而在安徒生的童話中難免出現(xiàn)女巫和巫術(shù)之類的東西。當然，這并不影響他們的友誼[9]。

藝術(shù)家要懂一點科學技術(shù)，不能是“科盲”。這主要不在于科學方法，而在于世界觀。要成為藝術(shù)大家，不懂一點科學不行。因為科學技術(shù)是當今世界的重要組成部分。一個文明高度發(fā)達的國家無處不存在科學，無處不存在藝術(shù)。藝術(shù)家只有懂一點科學，才會有一個正確的世界觀，才會對社會有一個正確的認識，然后才能創(chuàng)作出既符合時代精神又具有歷史價值的文學藝術(shù)作品。從這個意義上說，藝術(shù)工作是先科學而后藝術(shù)的。

科學和藝術(shù)是相通的，造詣深厚的藝術(shù)家即使不懂科學，只要認真觀察大自然，他的作品也不會違反自然規(guī)律。

很多人都讀過李白的詩《望廬山瀑布》，詩的首句是“日照香爐生紫煙”。香爐峰真會生紫煙嗎？是不是詩人看花了眼，做了牽強附會的描寫？這一描述得到1904年諾貝爾物理學獎獲得者，英國物理學家瑞利的證實。他的“瑞利散射定律”告訴我們，散射光的強度與微粒的大小有關(guān)。當香爐峰瀑布產(chǎn)生的水霧微粒直徑和紫光的波長大致相當時，散射光中紫光最強。由此可見，“日照香爐生紫煙”是廬山香爐峰景色的真實寫照。

王之渙的詩作《登鸛雀樓》最后兩句“欲窮千里目，更上一層樓”是對現(xiàn)實景觀有感而發(fā)的感悟，從而成為千古傳誦的名句，被作為追求理想境界的座右銘，遺芳千古?！坝F千里目，更上一層樓”反映了只有登高，才能望遠這樣一個事實。為什么會是這樣呢？因為地球是一個球體。王之渙當然不知道地球是一個球體，他的詩真實地描述所看到的情景。這一準確描寫背后的科學事實已被麥哲倫的環(huán)球航行和人造地球衛(wèi)星、進入太空的宇航員的觀察所證實。

四、 科學和藝術(shù)相結(jié)合是科學普及工作的基石和生命線

所謂科普就是用一般人能夠理解的方式說明科學原理，藝術(shù)是其中最合適的方式，因為藝術(shù)采取形象思維的方式，因此也是最直觀的。

“許多人常常歪曲了科學的形象和科學的運作方式。他們把科學教育狹隘地局限于科學定律、概念和理論，致使青年人對科學產(chǎn)生神秘感和枯燥感?！盵10]因此增加科學普及教育中的藝術(shù)性就是一個引人注目的問題了。

凡是成功的科普作品必定是用最合適的藝術(shù)形式完整地解說了科學原理。筆者長期在科技館工作，首先希望以科技館展品為例說明這個問題。

科技館在設計展品時，要考慮科學因素和藝術(shù)因素，這是展品必備的兩個因素?？茖W因素是展品的靈魂，這是我們要告訴觀眾科學道理。而如果沒有藝術(shù)因素，展品就沒有趣味性，也會不通俗，觀眾既看不懂，也引不起觀眾的興趣。可見展品的智力因素和藝術(shù)因素是相輔相成的。

以展品“車輪與軌道”為例?；疖嚹軌蚬諒?，這一現(xiàn)象背后大有學問。火車在彎道上行進時，由于彎道有弧度，內(nèi)外軌道長度就會不同。這樣一來如果火車內(nèi)外車輪的直徑一樣，火車不是出軌，就是輪軸被扭斷?；疖嚹軌虬踩\行，全在它的車輪可以自動調(diào)節(jié)直徑。這件事看起來不易實現(xiàn)，但是設計車輪的人卻想出了一個很好的辦法，將車輪的邊緣做成斜坡，而且兩個車輪之間的距離比軌道稍微大一點，火車拐彎時就可以自動調(diào)節(jié)車輪的直徑了。

這樣一個人類智慧的發(fā)明，如何變成科學中心的展品？把火車搬進科學中心這當然不可能；做一個小的火車模型當然也是一個辦法，但是沒有突出重點。設計者對此想出一個很好的辦法，讓幾根不同形狀的木棍在一條彎曲的軌道上(雙軌)滾動，木棍有直的、兩頭尖的(紡錘形)，還有中間細兩邊逐漸變粗的。觀眾在實踐的過程中發(fā)現(xiàn)，最終只有紡錘形的木棍可以通過彎道。其他形狀的木棍，一滾到彎道就會出軌。

這個展品是從火車車輪和軌道演化來的，它去掉了火車車輪和軌道的使用功能，但保留它們的科學原理和實踐過程，增加了參與性和趣味性。讓不同形狀的木棍在軌道上滾動，通過對比突出科學內(nèi)容，增加了實踐性和參與性，對比也具有趣味性、直觀性、藝術(shù)性。

再看另一個展品“怒發(fā)沖冠”：這個展品是從實驗室的儀器“范德格拉夫靜電發(fā)生器”演化來的?！胺兜赂窭蜢o電發(fā)生器”原來是實驗室獲得高電壓的儀器設備，演化為展品“怒發(fā)沖冠”，保留了產(chǎn)生高電壓的原理和高電壓的一些性能(實際上是高電壓低電流的性能)，去掉了提供高壓為實驗室使用的功能。轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵是去掉了它的使用功能，在保留產(chǎn)生高電壓的原理的同時使高電壓低電流的性能找到了新的發(fā)揮的方面，使與高電壓接觸的人的頭發(fā)豎起來。當你看到留著披肩發(fā)的女士，手扶展品的圓球，頭發(fā)驀然而起，飄逸而挺直，你難道不覺得這是令人陶醉的藝術(shù)美嗎？這個有趣變化產(chǎn)生了藝術(shù)性，展品“怒發(fā)沖冠”不會請光頭的人參與，因為光頭不可能怒發(fā)沖冠，沒有直觀的藝術(shù)性，展品的科學性也就不會有人注意了。

奧本海默在總結(jié)科技館展品必須具有科學性和藝術(shù)性時說：“科學和藝術(shù)是一個事物的兩個方面，科學家和藝術(shù)家是從不同的方面來觀察世界，如果能從這兩個方面同時了解事物，將會建立一個全新的觀念，更能激發(fā)觀眾認識事物的深度和廣度?？茖W和藝術(shù)的結(jié)合會使展品更具有趣味性，更能引起觀眾的興趣和思考。”[11]

探索館展廳有一幅很有意思的畫，一個站在懸崖邊上的人舉起石頭準備向撲來的狗熊投去。畫的下面有一行文字：舉起石頭的人，該不該投石頭？這是一幅說明牛頓第三定律的畫，不投石頭可能被狗熊咬死，投石則會因為牛頓第三定律而被推下深淵。一幅漫畫把牛頓第三定律解釋得清清楚楚，而且生動有趣。

傳說故事有時也能把科學原理講得明明白白。趙州橋是世界上現(xiàn)存的最古老的拱橋，其中的科學原理被一個民間傳說描述得出神入化。傳說趙州橋是魯班修的(實際是隋朝人李春修建的)。橋剛造好，張果老騎驢，褡褳里裝有太陽、月亮，柴王爺推著放有“五岳名山”的小車，兩人一起上橋，想把橋壓垮，還故意在橋邊緣走，橋晃起來。魯班見勢不好，急忙跳入水中，用手在橋東側(cè)使勁推住，橋才免于壓垮。橋上留有車道溝和驢蹄印，拱圈下留下了魯班的手印。這是一個頗符合力學原理的傳說。石拱橋的邊緣承重能力比橋中央差。橋面上的車道溝和驢蹄印等“仙跡”(實為人工制作)都在橋邊緣，它提示人們“仙跡”是行車外緣的界限，車輛應在橋的中央通行?！跋邵E”手印是受力大的地方，它啟示人們，萬一橋發(fā)生裂痕，可以在手印處用木柱支撐，以便從容修理[12]。

任何藝術(shù)形式都可以用來詮釋自然現(xiàn)象、科學規(guī)律。因為自然現(xiàn)象、科學規(guī)律的內(nèi)在變化本身就具有“戲劇化”的特性，這是人類在認識客觀世界中曲折道路的反映，它既具有客觀性，也具有藝術(shù)性。

藝術(shù)性在科普作品中的作用是加深人們對科學概念的理解。對科學概念、科學事件認識得深，藝術(shù)創(chuàng)作便會更加生動活潑，引人入勝。

科學普及既是科學家的工作，也是藝術(shù)家的工作，隨著科學普及工作的發(fā)展，它很可能成為科學和藝術(shù)相結(jié)合的橋梁。

五、 結(jié)語

隨著社會的前進，科學和藝術(shù)飛速發(fā)展，科學和藝術(shù)之間的相互影響日益加深，科學和藝術(shù)之間的隔閡也漸漸消失。也許有一天，科學和藝術(shù)將會成為一個完整體的兩個側(cè)面，它們既有區(qū)別，又是一個整體。到那時，同時是科學家和藝術(shù)家的人會越來越多，身兼二職已成為一種常態(tài)。

古希臘神話中，有一位智慧女神名叫雅典娜，她對森林中的阿里安德妮說：“挽起你的弓吧，向相反的方向各射出一支羽箭。當他們在飛行中相交的時候，世界就不是原來那個樣子了！”

科學和藝術(shù)這兩支羽箭，也許在不久的將來就會在飛行中相交，那時我們的世界將呈現(xiàn)怎樣一番景象??！