科學(xué)與藝術(shù)對于科普工作的意義

王 恒

近來人們對科學(xué)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。科學(xué)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(xué)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(xué)與藝術(shù)都來源于實踐

很多人認(rèn)為，科學(xué)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(rèn)為科學(xué)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(xué)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(rèn)為：“藝術(shù)家和科學(xué)家都在觀察自然，藝術(shù)家是表現(xiàn)自然，而科學(xué)家則通過觀察、實驗發(fā)現(xiàn)自然的本質(zhì)?！盵1]由此可見科學(xué)和藝術(shù)是同源的，它們都是來自大自然的恩賜。當(dāng)然，社會現(xiàn)象也會引起科學(xué)家和藝術(shù)家的觀察和思考。

雖然科學(xué)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(xué)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(xué)和化學(xué)的實驗，變革原子的情況?！盵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?！盵2]862

總之，“只有人們的社會實踐，才是人們對于外界認(rèn)識的真理性的標(biāo)準(zhǔn)?！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(fù)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(xué)。科學(xué)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(fù)觀察、反復(fù)驗證就會達(dá)到藝術(shù)的最高臺階：表達(dá)哲理，陳述世界。

無論是科學(xué)還是藝術(shù)，在實踐的過程中都要進(jìn)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(jìn)行更復(fù)雜的活動和有能力來提出和達(dá)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(xué)。”[3]4所以說，科學(xué)和藝術(shù)就是人類在實踐中提出并希望達(dá)到的“更高的目的”。

現(xiàn)在人們對大腦的研究認(rèn)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(dá)，適合做工程師、自然科學(xué)家、數(shù)學(xué)家，右腦發(fā)達(dá)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(xué)家又是藝術(shù)家的大師。

達(dá)·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(xué)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(xué)方面，他被稱為近代生理解剖學(xué)的始祖；軍事方面，他設(shè)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(xué)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(xué)成后以畫肖像畫為生，成為職業(yè)畫家。這個毫無電學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)與藝術(shù)服務(wù)于社會

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

黃河是中華民族的母親河，是中華民族的搖籃。當(dāng)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(jìn)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(dāng)頭，他發(fā)出了怒吼：“風(fēng)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(xué)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(tuán)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(dāng)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(zāi)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(rèn)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(zāi)轉(zhuǎn)移到上游，成為必然的人為災(zāi)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(xué)研究會成立大會上說：“自然科學(xué)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(xué)?！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(xué)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(xué)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(wù)于社會的，是為人民服務(wù)的。因此，科學(xué)家和藝術(shù)家都是人類社會發(fā)展的中流砥柱。

三、 科學(xué)與藝術(shù)相輔相成，相互影響

科學(xué)的發(fā)展有時候是被藝術(shù)推動的。14—17世紀(jì)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(fù)興(Renaissance)運動。歐洲的文藝復(fù)興，顧名思義是一個文化藝術(shù)的復(fù)興運動，卻同時成為了近代自然科學(xué)的起點?！敖匀豢茖W(xué)，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(fù)興?！盵3]一場文藝復(fù)興運動，卻成了偉大科學(xué)時代的起點。不得不說科學(xué)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(xué)獎獲得者，德國物理學(xué)家漢斯·德默爾特(Hans Georg Dehmelt)應(yīng)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(xué)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(fù)興到19世紀(jì)初德國進(jìn)步的、科學(xué)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(xué)研究的具體方法，它對科學(xué)家的影響是潛移默化的，很大程度在思想上影響科學(xué)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(xué)家的思維方式是邏輯思維，其實并不盡然?？茖W(xué)家的工作往往是從一個猜想開始的，然后才是科學(xué)論證。也就是說科學(xué)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(xué)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(xué)家對此都不認(rèn)可，此后的歷史證明這一概念對電磁學(xué)的發(fā)展大有用處。

藝術(shù)對科學(xué)具有極大的啟發(fā)作用。德國物理學(xué)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(xué)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(xué)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(xué)的進(jìn)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(xué)的發(fā)展。其他藝術(shù)門類也是如此。

科學(xué)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(xué)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(xué)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(yīng)的物理學(xué)家，他們經(jīng)常就當(dāng)時的技術(shù)發(fā)明、科學(xué)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(yù)言了飛機(jī)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(xué)事實；安徒生則認(rèn)為，詩歌要從自然和科學(xué)中汲取靈感，而不是機(jī)械地描摹現(xiàn)實。奧斯特譴責(zé)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(dāng)然，這并不影響他們的友誼[9]。

藝術(shù)家要懂一點科學(xué)技術(shù)，不能是“科盲”。這主要不在于科學(xué)方法，而在于世界觀。要成為藝術(shù)大家，不懂一點科學(xué)不行。因為科學(xué)技術(shù)是當(dāng)今世界的重要組成部分。一個文明高度發(fā)達(dá)的國家無處不存在科學(xué)，無處不存在藝術(shù)。藝術(shù)家只有懂一點科學(xué)，才會有一個正確的世界觀，才會對社會有一個正確的認(rèn)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(xué)藝術(shù)作品。從這個意義上說，藝術(shù)工作是先科學(xué)而后藝術(shù)的。

科學(xué)和藝術(shù)是相通的，造詣深厚的藝術(shù)家即使不懂科學(xué)，只要認(rèn)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(qiáng)附會的描寫？這一描述得到1904年諾貝爾物理學(xué)獎獲得者，英國物理學(xué)家瑞利的證實。他的“瑞利散射定律”告訴我們，散射光的強(qiáng)度與微粒的大小有關(guān)。當(dāng)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(dāng)時，散射光中紫光最強(qiáng)。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(yuǎn)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(dāng)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(zhǔn)確描寫背后的科學(xué)事實已被麥哲倫的環(huán)球航行和人造地球衛(wèi)星、進(jìn)入太空的宇航員的觀察所證實。

四、 科學(xué)和藝術(shù)相結(jié)合是科學(xué)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(xué)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(xué)的形象和科學(xué)的運作方式。他們把科學(xué)教育狹隘地局限于科學(xué)定律、概念和理論，致使青年人對科學(xué)產(chǎn)生神秘感和枯燥感?！盵10]因此增加科學(xué)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(xué)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(shè)計展品時，要考慮科學(xué)因素和藝術(shù)因素，這是展品必備的兩個因素?？茖W(xué)因素是展品的靈魂，這是我們要告訴觀眾科學(xué)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?？梢娬蛊返闹橇σ蛩睾退囆g(shù)因素是相輔相成的。

以展品“車輪與軌道”為例?；疖嚹軌蚬諒潱@一現(xiàn)象背后大有學(xué)問?；疖囋趶澋郎闲羞M(jìn)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(shè)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(xué)中心的展品？把火車搬進(jìn)科學(xué)中心這當(dāng)然不可能；做一個小的火車模型當(dāng)然也是一個辦法，但是沒有突出重點。設(shè)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(xì)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(xué)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(xué)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(shè)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(dāng)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(xué)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(xué)性和藝術(shù)性時說：“科學(xué)和藝術(shù)是一個事物的兩個方面，科學(xué)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(rèn)識事物的深度和廣度?？茖W(xué)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?！盵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(zhǔn)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(xué)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(xué)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(xué)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(yīng)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(xué)規(guī)律。因為自然現(xiàn)象、科學(xué)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(rèn)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(xué)概念的理解。對科學(xué)概念、科學(xué)事件認(rèn)識得深，藝術(shù)創(chuàng)作便會更加生動活潑，引人入勝。

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

五、 結(jié)語

隨著社會的前進(jìn)，科學(xué)和藝術(shù)飛速發(fā)展，科學(xué)和藝術(shù)之間的相互影響日益加深，科學(xué)和藝術(shù)之間的隔閡也漸漸消失。也許有一天，科學(xué)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(xué)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(dāng)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(xué)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)怎樣一番景象啊！