自然科學(xué)研究中的審美活動(dòng)初探

嚴(yán)瑾

（科學(xué)咨詢(xún)雜志社，重慶 401123）

人類(lèi)文明的發(fā)展促進(jìn)自然科學(xué)的誕生和進(jìn)步，自然科學(xué)與社會(huì)科學(xué)、思維科學(xué)并稱(chēng)科學(xué)三大領(lǐng)域，它是以定量作為手段，研究無(wú)機(jī)自然界和包括人的生物屬性在內(nèi)的有機(jī)自然界的各門(mén)科學(xué)的總稱(chēng)。自然科學(xué)認(rèn)識(shí)的任務(wù)在于揭示自然界發(fā)生的現(xiàn)象以及自然現(xiàn)象發(fā)生過(guò)程的實(shí)質(zhì)，自然科學(xué)認(rèn)識(shí)的對(duì)象是整個(gè)自然界?？茖W(xué)工作者在探究自然規(guī)律的過(guò)程中，都有審美的感受。數(shù)學(xué)家彭加勒說(shuō)：“科學(xué)家研究自然，并非因?yàn)檫@樣做有用處。他所以研究它，是因?yàn)樗麖闹心艿玫綐?lè)趣。他所以能得到樂(lè)趣，那是因?yàn)樗?。”自然科學(xué)本身雖然不是美學(xué)，但是富含美的素材，使科學(xué)工作者在探究的過(guò)程中，經(jīng)歷很多美的體驗(yàn)，從中可以看出，科學(xué)本身與藝術(shù)具有相通性。

一、自然科學(xué)中的獨(dú)特美

科學(xué)美指的是在自然科學(xué)研究中對(duì)自然現(xiàn)象和過(guò)程的規(guī)律性進(jìn)行探究的一種理性美，是理智思考、領(lǐng)悟自然界規(guī)律的美，是審美者通過(guò)探索、想象、邏輯推理后所體驗(yàn)到的美。盡管與其他美有不同的表現(xiàn)，但在本質(zhì)上是一致的，是人類(lèi)自由創(chuàng)造的精神產(chǎn)物。主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:

（一）科學(xué)作為審美對(duì)象所具有的內(nèi)在即規(guī)律性的和諧美

和諧美體現(xiàn)的是一種理論結(jié)構(gòu)和諧的秩序美，理論的和諧也反映出大自然長(zhǎng)期進(jìn)化的和諧與統(tǒng)一，和諧美能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)和對(duì)稱(chēng)的發(fā)展，通過(guò)各種元素的結(jié)合形成和諧的整體。例如，愛(ài)因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式揭示了自然界微觀、宏觀、宇觀無(wú)數(shù)質(zhì)能變化的規(guī)律，質(zhì)能關(guān)系式為：E=mc2，它簡(jiǎn)短但卻有很強(qiáng)的審美價(jià)值。這個(gè)簡(jiǎn)潔的公式，對(duì)人類(lèi)進(jìn)步做出了卓越貢獻(xiàn)。又如，剖析幾何的美學(xué)價(jià)值在于它把代數(shù)、幾何、邏輯學(xué)都統(tǒng)一起來(lái)。

（二）人作為審美主體在科學(xué)活動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的美感

科學(xué)工作者的成果應(yīng)具有獨(dú)創(chuàng)性，科學(xué)工作者對(duì)新的事物產(chǎn)生探究興趣，從中獲得更愉悅的感知和新的體驗(yàn)，將兩個(gè)毫無(wú)關(guān)系的獨(dú)立體融合到一起，或者對(duì)事物的物質(zhì)性質(zhì)產(chǎn)生新的理解，打破人們的傳統(tǒng)認(rèn)知，在科學(xué)創(chuàng)造中產(chǎn)生美感。例如，英國(guó)生物學(xué)家查爾斯·羅伯特·達(dá)爾文花大量時(shí)間考察不同生物性狀和環(huán)境的關(guān)系，最終得出了科學(xué)的生物進(jìn)化論的理論。

二、自然科學(xué)中美的產(chǎn)生

（一）科學(xué)研究的對(duì)象常常有其美的特征

科學(xué)工作者不斷地探索，從千變?nèi)f化的自然萬(wàn)物中探究其和諧統(tǒng)一的美的本質(zhì)，在探索物質(zhì)運(yùn)動(dòng)和結(jié)構(gòu)中注重揭示物質(zhì)本質(zhì)聯(lián)系，同時(shí)利用數(shù)學(xué)語(yǔ)言進(jìn)行表達(dá)，形成和諧統(tǒng)一的理論內(nèi)容。比如，牛頓力學(xué)的美學(xué)價(jià)值在于它把宏觀運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來(lái)；牛頓第一次提出宇宙和諧統(tǒng)一，將天體與地上的微小粒子統(tǒng)一為物體的運(yùn)動(dòng)，并形成和諧、嚴(yán)密的理論，實(shí)現(xiàn)物理與數(shù)學(xué)的綜合發(fā)展。麥克斯韋做出第二次統(tǒng)一，在安培、法拉第等人的研究基礎(chǔ)上形成電與磁的概括，對(duì)物理學(xué)知識(shí)進(jìn)行二次綜合；愛(ài)因斯坦進(jìn)行第三次統(tǒng)一，將牛頓力學(xué)與電磁學(xué)、質(zhì)量、能量等進(jìn)行統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)三次理論綜合?？茖W(xué)理論中，對(duì)稱(chēng)性的美學(xué)意境，引起很多科學(xué)家心馳神往。如空間對(duì)稱(chēng)、時(shí)間對(duì)稱(chēng)、性狀對(duì)稱(chēng)、守恒對(duì)稱(chēng)（各種守恒定律）等，一旦被發(fā)現(xiàn)，常令科學(xué)工作者因窺探到自然奇異美麗的內(nèi)部而興奮不已。生物學(xué)上的遺傳與變異，同化與異化；化學(xué)上的合成與分解，氧化與還原；物理上的電場(chǎng)與磁場(chǎng)，波粒二相性，負(fù)電子與正電子等都因有很美的對(duì)稱(chēng)形式而受到欣賞。數(shù)學(xué)上，一個(gè)完美命題的充分條件和必要條件，就是這一命題的對(duì)稱(chēng)美。

（二）科學(xué)探索的過(guò)程時(shí)常令科學(xué)研究者如癡如醉，忘我工作

科學(xué)工作者對(duì)大自然充滿熱愛(ài)，并對(duì)自然界有強(qiáng)烈的探究熱情，渴望實(shí)現(xiàn)更偉大的科學(xué)創(chuàng)造。德國(guó)有機(jī)化學(xué)家凱庫(kù)勒自稱(chēng)在夢(mèng)中發(fā)現(xiàn)了苯的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，凱庫(kù)勒的苯分子結(jié)構(gòu)理論之所以美，不僅是因?yàn)樗c實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合，也因?yàn)樗扇‰p軸對(duì)稱(chēng)的幾何圖形，給人以美的感受，這一理論極大地促進(jìn)了芳香族化學(xué)的發(fā)展和有機(jī)化學(xué)工業(yè)的進(jìn)步，充分體現(xiàn)了基礎(chǔ)理論研究對(duì)于科技和經(jīng)濟(jì)進(jìn)步的巨大推動(dòng)作用。

偉大的科學(xué)家愛(ài)迪生傾盡畢生精力發(fā)明創(chuàng)造，他正式登記的發(fā)明就有1328種。他發(fā)明的很多電器至今仍然為我們所使用，這些偉大的發(fā)明促進(jìn)了社會(huì)的發(fā)展和人類(lèi)的進(jìn)步。愛(ài)迪生發(fā)明了電燈，他為了選擇白熾燈的燈絲就用了上千種材料，胡須、頭發(fā)，家里的竹絲等都成為了他的實(shí)驗(yàn)材料。愛(ài)迪生忘我工作的故事廣為流傳，他靠著堅(jiān)持不懈努力鉆研的精神，成為了名副其實(shí)的“發(fā)明大王”。為了科學(xué)的進(jìn)步和發(fā)展，許多科學(xué)研究者為追求科學(xué)美而耗盡畢生的精力。由此可見(jiàn)，自然科學(xué)的發(fā)展，來(lái)自于科學(xué)工作者的不斷研究和發(fā)現(xiàn)。

（三）科學(xué)發(fā)現(xiàn)的“真”本身也是令人嘆服的美

科學(xué)工作者嘗試用最美的語(yǔ)言對(duì)自然科學(xué)思想進(jìn)行高度概括，比如，用凝練的定義、原理、公式等去概括大量的自然現(xiàn)象。在自然科學(xué)的研究中，數(shù)學(xué)語(yǔ)言已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。科學(xué)研究者認(rèn)為可以通過(guò)間接的數(shù)據(jù)定律對(duì)自然科學(xué)結(jié)論進(jìn)行高度概括，比如，可以利用相對(duì)論力學(xué)、牛頓方程以及愛(ài)因斯坦方程等進(jìn)行數(shù)學(xué)表達(dá)，總之利用特殊的數(shù)學(xué)結(jié)論對(duì)宇宙世界進(jìn)行概括和總結(jié)。隨著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展，數(shù)學(xué)的美是利用數(shù)學(xué)機(jī)制對(duì)客體進(jìn)行認(rèn)知和解釋?zhuān)袛?shù)學(xué)符號(hào)都被賦予美。這是因?yàn)閿?shù)學(xué)本身具有抽象性、簡(jiǎn)單性的特點(diǎn)，可以對(duì)理論內(nèi)部的邏輯進(jìn)行合理反映，保證邏輯的嚴(yán)謹(jǐn)性。例如，天文學(xué)中通過(guò)數(shù)學(xué)符號(hào)揭示了大量天體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和引力狀態(tài)，使自然科學(xué)融入數(shù)學(xué)的美中。又如，物理研究中的粒子與反粒子就是一種對(duì)稱(chēng)美的表現(xiàn)。

三、科學(xué)美存在的作用

（一）點(diǎn)燃科技工作者的探究熱情

科學(xué)研究的對(duì)象是自然界，科學(xué)發(fā)現(xiàn)的目的在于揭示自然的奧秘，探尋其中的奧妙。大自然的美讓人震撼，無(wú)數(shù)科學(xué)工作者為之折服，投身于科學(xué)研究?？茖W(xué)工作者希望用自己的方式表達(dá)這種審美的情感，并把這種情感傳遞給能體驗(yàn)它的人?？茖W(xué)工作者在科學(xué)研究中構(gòu)建了大量的公式、假說(shuō)等對(duì)客觀事物的本質(zhì)進(jìn)行反映。例如，愛(ài)因斯坦通過(guò)公式和假說(shuō)對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物理現(xiàn)象進(jìn)行解析?？茖W(xué)工作者在科學(xué)研究前，都會(huì)先設(shè)定科研目標(biāo)以及科研方向。但是科學(xué)創(chuàng)造是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，研究中可能有諸多的不確定，使研究開(kāi)始時(shí)的目標(biāo)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，需要重新確定研究方向。審美方法為科學(xué)工作者的科學(xué)研究和科學(xué)創(chuàng)造提供了諸多的啟迪和思考，防止科學(xué)研究中出現(xiàn)瓶頸。審美方法可以為科學(xué)工作者提供更多的思路，使科學(xué)工作者的研究思路從封閉的客觀事實(shí)進(jìn)行拓展，打破傳統(tǒng)思維束縛，使思維向廣度和深度發(fā)展，擴(kuò)大思維空間，點(diǎn)燃科學(xué)工作者自然科學(xué)研究的熱情。

（二）啟發(fā)自然科學(xué)創(chuàng)造靈感

科學(xué)美在自然科學(xué)研究的應(yīng)用有利于為科學(xué)工作者提供靈感。科學(xué)工作者始終處于高強(qiáng)度的腦力工作中，每個(gè)科研項(xiàng)目都需要一個(gè)長(zhǎng)期的研究、驗(yàn)證和總結(jié)過(guò)程，注意力始終保持高度集中的狀態(tài)不利于創(chuàng)造力的激發(fā)。因此，科學(xué)工作者能夠從緊張的狀態(tài)中適當(dāng)放松和調(diào)整，大自然萬(wàn)物之美則能夠?yàn)榭茖W(xué)工作者緊張的研究狀態(tài)提供調(diào)味料，使科學(xué)工作者枯燥的研究生活不再乏味，提升科學(xué)工作者精神的愉悅感，使科學(xué)工作者的緊張情緒得到有效緩解。此外，懂得欣賞研究對(duì)象的美還有利于調(diào)節(jié)科學(xué)工作者的精神生活，使中斷的研究思維重新閃現(xiàn)靈感。審美可以使科學(xué)工作者的大腦在忙碌的研究中適當(dāng)?shù)玫椒潘珊托菹?，而這種適當(dāng)?shù)姆潘筛菀壮霈F(xiàn)靈感，提升科學(xué)家的想象力和創(chuàng)造力，達(dá)到更好的創(chuàng)作效果。由此可見(jiàn)，審美方法雖然無(wú)法取代邏輯思維，但是卻可以作為一種重要的輔助模式。

（三）提供自然科學(xué)實(shí)驗(yàn)建構(gòu)

只有實(shí)踐才是檢驗(yàn)認(rèn)識(shí)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，自然科學(xué)研究中離不開(kāi)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造和驗(yàn)證，然而在科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中同樣存在著科學(xué)美。美國(guó)物理學(xué)邁克爾遜和莫雷合作，為研究“以太”漂移而設(shè)計(jì)制造出來(lái)的精密光學(xué)儀器。它是利用分振幅法產(chǎn)生雙光束以實(shí)現(xiàn)干涉。通過(guò)調(diào)整該干涉儀，可以產(chǎn)生等厚干涉條紋，也可以產(chǎn)生等傾干涉條紋。主要用于長(zhǎng)度和折射率的測(cè)量，若觀察到干涉條紋移動(dòng)一條，便是M2的動(dòng)臂移動(dòng)量為λ/2，等效于M1與M2之間的空氣膜厚度改變?chǔ)?2。邁克爾遜干涉儀用于驗(yàn)證“以太”的存在，結(jié)果證明了光傳播速度的不變性，從而否定了“以太”的存在。

該實(shí)驗(yàn)的美感體現(xiàn)在假設(shè)具有“以太”物質(zhì)，那么“以太”物質(zhì)必然會(huì)影響光的運(yùn)動(dòng)，因此可以以此為基礎(chǔ)對(duì)其運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行測(cè)算，并結(jié)合美的對(duì)稱(chēng)性原則，清除系統(tǒng)誤差，從不同角度反復(fù)實(shí)驗(yàn)。自然科學(xué)研究中通過(guò)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，能夠?yàn)榭茖W(xué)工作者提供更多的研究反饋?？茖W(xué)工作者參考美的規(guī)律進(jìn)行創(chuàng)造，可將美感融入科學(xué)實(shí)驗(yàn)中。

四、自覺(jué)提高對(duì)美的鑒賞力

科學(xué)美存在于自然科學(xué)的發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造中，它是科學(xué)工作者探索自然規(guī)律，創(chuàng)造成果的顯現(xiàn)?？茖W(xué)工作者可以提高審美能力，用審美直覺(jué)和審美靈感幫助科學(xué)發(fā)現(xiàn)、科學(xué)分析。面對(duì)科學(xué)成果，有的科學(xué)工作者會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的美感，反之有的科學(xué)工作者卻毫無(wú)察覺(jué)，這就是科學(xué)美的感知和鑒賞的差距。

五、注重科學(xué)精神的培養(yǎng)

科學(xué)精神是在人類(lèi)文明進(jìn)程當(dāng)中逐步發(fā)展形成的，科學(xué)精神源于近代科學(xué)的求知求真精神和理性與實(shí)證傳統(tǒng)，它隨著科學(xué)實(shí)踐的不斷發(fā)展，內(nèi)涵不斷豐富?？茖W(xué)精神強(qiáng)調(diào)客觀驗(yàn)證和邏輯論證相結(jié)合的嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆椒ǎ茖W(xué)精神是在人類(lèi)文明進(jìn)程中逐步發(fā)展形成的，科學(xué)理論必須經(jīng)受實(shí)驗(yàn)、歷史和社會(huì)實(shí)踐的檢驗(yàn)。一個(gè)人對(duì)科學(xué)美的感知和鑒賞能力也是最寶貴的精神財(cái)富?？茖W(xué)工作者提高對(duì)美的鑒賞力，一要不斷充實(shí)自己，有淵博的知識(shí)；二要有不懈追求真理的信念和捍衛(wèi)真理的勇氣，在科學(xué)研究中，有實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度；三要有不畏艱苦，勤奮努力，發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)造新的知識(shí)，為科學(xué)獻(xiàn)身的熱情。只有重視科學(xué)研究，全身心地投入?yún)⑴c科學(xué)研究，才能領(lǐng)悟到科學(xué)之美。對(duì)科學(xué)美的探索精神是科學(xué)研究者追求真理的精神素質(zhì)，在科學(xué)發(fā)現(xiàn)和探索的過(guò)程中，科學(xué)之美在發(fā)現(xiàn)和探索的各個(gè)階段都會(huì)產(chǎn)生巨大作用，引導(dǎo)著科學(xué)工作者作出成績(jī)。

六、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，人類(lèi)自然科學(xué)研究是一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S過(guò)程，需要科學(xué)工作者結(jié)合客觀事實(shí)進(jìn)行理智研究，但是同樣離不開(kāi)美學(xué)方法的推動(dòng)。每一個(gè)科學(xué)工作者都是科學(xué)美的追求者和實(shí)踐者，在科學(xué)研究中發(fā)現(xiàn)美的元素，創(chuàng)造美的結(jié)論。自然科學(xué)中客觀規(guī)律并不僅體現(xiàn)在被動(dòng)的、機(jī)械的規(guī)律方面，還體現(xiàn)在審美標(biāo)準(zhǔn)上，通過(guò)審美方法的應(yīng)用為科學(xué)發(fā)展提供原動(dòng)力和研究靈感，使自然研究成果更豐富。希望科學(xué)工作者不斷發(fā)現(xiàn)美、感受美，為探索宇宙奧秘作出新的更大貢獻(xiàn)！