陈池瑜：论科学与艺术的本质
文/陈池瑜
人是一种富有好奇心和探索性的高级动物，其探索对象就是未知世界，探索主体就是人的思维，探索工具就是科学手段和艺术媒材。自然世界是一本不断被打开的充满神奇的科学读本，同时也是一幅不断被展示的具有审美魅力的壮丽画卷！对自然世界不断探索的最高目标就是真与美，最终成果就是科学与艺术！人类在对自然世界的真和美探索过程中，也不断发展了两种主要的思维方式：逻辑思维和形象思维，或者说科学思维与艺术思维。所以马克思在青年时期就说过，人类五官感觉的形成是全部世界史的产物。
著名科学家李政道在《科学与艺术》（上海科技出版社，2000年）一书中认为：“普遍性一定植根于自然，而对自然的探索则是人类创造性的最崇高的表现。事实上如一个硬币的两面，科学和艺术源于人类活动最高尚的部分，都追求着深刻普遍性、永恒和富有意义。”科学家追求的普遍性，是自然之真，是透过对五彩缤纷的自然现象的分析研究，达到对自然本质的认识，是人类对自然现象的一种抽象和总结，也就是对自然事物普遍规律的认识。天文学、物理学、化学、生物学等自然科学，其成果和原理、公式，都是对自然界之现象进行分析探索，并进行精确的抽象，这种抽象就是自然定律或规律。而对定律的阐述越简单，应用越广泛，科学原理就越深刻。自然现象当然是不依赖于人，也不依赖科学家而存在，但对自然现象的抽象，对自然本质的认识，却要依靠人的思维，依靠科学家的分析研究，依靠科学家的发现与创造。所以科学既是人类智慧的一种结晶，同时也是人类创造力的一种展现。没有科学，人类可能还在朦胧中生活，世界对人类只能是永恒的彼岸。
人类对自然现象内部普遍本质的研究，发展了逻辑思维和抽象思维，对自然本真的认识，似一条永恒的河流，它滚滚向前，没有穷尽，每一次科学发现、原理的新创造，都只是河中的一朵浪花。它们是人类理性思维，分析概括、归纳演绎、抽象总结的结果。在这一认识过程中，人类的理性智慧、逻辑抽象能力得到不断提高。人类的智慧，除了对自然现象的本真富有兴趣，不断追求和探索外，人类的五官感觉如视觉、听觉等，还对异彩纷呈的自然世界的现象及其美饶有兴味，人类用感官来感知这个世界。拿绘画来说，一部绘画史，就是一部人类感知和认识世界的方式史。科学认识追求自然之真，艺术创造追求世界之美。蔡元培在民国初期大力提倡美育，认为物理学中的光和色，化学中的原子符号表，生物学中的动植物形象和形状，数学中的几何形，到处都存在美，他认为学校美育不仅可在美术音乐课中进行，也可以在自然科学课中展开。自然科学家们在探索自然规律时，有时也被自然事物的形象、形式、对称、多样统一、光色变化等感性美所激发、所启发出创造灵感，导致新的科学发现。所以钱学森认为在逻辑思维和形象思维二种思维之外，还有一种灵感思维，而灵感思维对于科学家和艺术家都同样需要。形象思维和灵感思维滋润了科学家的理性思维，换句话说，某些时刻艺术和美在某种程度上启发和帮助科学家的创造活动。另一方面，艺术创作中的形象思维主要依靠感觉、表象、情感、想象和直觉活动，但理性思维、逻辑认识，亦常常帮助艺术家确定主题精神，并使其在构图、宏大场面和长篇故事的情节安排，绘画中的复杂空间处理等方面得以顺利进行。所以艺术创作并不是和逻辑思维完全对立的。科学家常常需要灵感和想象创造，艺术家则常常需要理性思考与逻辑力量。抽象思维和形象思维相辅相成，相得益彰，正如李政道先生所言，是一个钱币的正反面。
卡洛·克里韦利 报喜 1486年
梁启超于20世纪20年代初在国立北平艺专所做《美术与科学》的演讲中，认为西洋现代文化是从文艺复兴时代演进而来，现代文化的根底是科学，从表面看来，美术（梁启超所说的美术即“Art”）是情感的产物，科学是理性的产物，两件事好像不相容，但实质是两兄弟，二者相得益彰。梁启超认为美术和科学的共同母亲是“自然夫人”，而美术的关键在“观察自然”，美术所以能产生科学，全从“真美”合一的观念发生出来，“热心和冷脑相结合是创造第一流艺术品的主要条件，换个方面看来，岂不又是科学成立的主要条件吗？”梁启超还预言中国将来有“科学化的美术”，有“美术化的科学”，并以此寄托于国立艺专诸君，希望他们创造出科学化的美术来。（梁启超《美术与科学》，见戴吾三、刘兵编《艺术与科学读本》，上海交通大学出版社，2008年）
文艺复兴时期的艺术家和科学家达·芬奇指出，“绘画的确是一门科学，并且是自然的合法女儿。”按照达·芬奇的理解，科学就是对自然的探讨。绘画也是探讨自然的一种手段。他认为我们的一切知识来源于感觉，视觉是我们获取自然知识的最重要的感觉器官，绘画是视觉艺术，因此它比其他门类的艺术更接近于科学。他还认为一门真正的科学应具备两个基本条件：一是以感性经验作为基础，二是能像数学一样严密论证。绘画艺术具备这两个条件。“绘画科学研究物象的一切色彩，研究面所规定的物体的形状以及它们的远近，包括随距离之增加而导致的物体的模糊程度。这门科学是透视学（视线科学）之母。”（《达·芬奇论绘画》，戴勉编译，人民美术出版社，1979年）文艺复兴时期的阿尔伯蒂和达·芬奇他们将绘画透视学与数学基础几何学结合起来研究，发现焦点透视、线透视、空气透视等规律，并通过色彩研究，发现色彩明暗和在平面上呈现物体凹凸感即立体感的规律，成为后来西方写实油画之科学再现事物方法的基础。
莫奈春天
有一些自然现象可能是科学家和艺术家共同探讨的问题，如对色彩和光的研究。牛顿对光学的最大贡献是提出了色彩理论，他用实验证明，阳光即白光是由多种色彩的光构成的。他通过一块棱镜将一束入射的白光分解成为彩虹样的彩色光带。牛顿赋予他的光粒子以“倏地变得容易透视、倏地变得容易反射”的性质。艺术家歌德写了三大卷专著讨论色彩问题，第一卷651页，用了近300页的篇幅批判牛顿的学说，第二卷共757页，翔实地对从毕达哥拉斯到牛顿的各种色彩理论进行历史回顾，第三卷收入若干色彩图表。歌德的色彩理论是非数学的，是主观性的，歌德强调的是色彩属于心理效应。海森堡说：“歌德的色彩理论为我们构筑了一种和谐的秩序，在这一种秩序中，就连最微小的细节都具有生命的内容，并囊括了色彩的客观的和主观的整个表现范畴。”19世纪后期法国巴比松风景画派和印象主义画家对色彩和光的探索作出了贡献。巴比松风景画家柯罗说：“我始终热爱美好的大自然，我就像小孩那样地研究大自然。”卢梭认为在艺术作品中体现的光是普遍的生命。印象主义画家认为，在光和色的关系上物体无固定色彩，只是光波在物体表面颤动程度不同的结果，主张用日光七色来表现对大自然的瞬间印象，采取在户外直接描写景物的新方法，主张用对物体整个看的“同时观察”来取代对自然逐个细看的“连续观看”，捕捉阳光一刹那间在物体上的变化，强调光色变化中的整体感和氛围。新印象主义画家修拉要运用艺术的经验，科学地发现绘画色彩的规律。新印象主义创立点彩方法，将色彩如豆点一样分割，再经过眼睛的整合意象的作用，使由点分割的色彩形成面，从而组成物体或人物形象。他们认为在绘画创作中可用科学的理性方法来设计色彩的布局从而达到预期的造型效果。
对空间和时间的研究，不仅是科学家探讨的领域，也是艺术家试验的课题。以牛顿为代表的绝对时空观，把时间和空间看成是两种并存的绝对分开的独立于物质之外的实体。1905年爱因斯坦创立的狭义相对论指出，时、空的度量都是相对的，具有不同速度的惯性系，不可能有绝对同一的时间尺度和空间尺度。既然自然科学中的经典时空观受到挑战，难道绘画中的时空观不能重新思考吗？当时阿波利奈尔和毕加索在这种科学氛围下也在画室中经常谈论“第四空间”这个新词。毕加索要用绘画对时空表现进行新的探讨。毕加索受爱因斯坦“第四空间”理论的影响，创立了立体主义。对绘画空间重新探讨，在画面中分解形体，重新组织形象，运用想象中的形象代替自然形象，实现了绘画中的一次大革命。1909年，以意大利艺术家波丘尼、卡拉等人为代表的未来主义将时间的概念引入静态的绘画和雕塑中，将动力、速度、力学、运动作为绘画中表现的主题，将工业社会机械带来的新的特点加以表现，创作出《一辆汽车的力学》等作品。毕加索、波丘尼、卡拉用绘画对空间和时间问题进行新的探索。
艺术家对自然的探索和科学家有所不同，科学家是研究自然的普遍规律，追求自然之本真，艺术家对自然的探讨，某些时刻也在追索自然的真理，但更多时，是在探寻自然之美，用歌德的话说，艺术家在创造第二自然，他们揭示的是艺术之真。也就是说科学家用理性的方式揭示自然之内质，艺术家则用感性的方式，展现世界之外美，南朝画家宗炳说：“山水以形媚道”“质有而趣灵”，艺术之美、艺术之灵趣，正是自然之质、“道”的外观形式。“媚道”就是用艺术美的形式表现自然之道与自然之质，这就是艺术的最高本质！所以对自然的探索，既需要科学，也不能缺少艺术。科学和艺术，须臾不能分离，这正如自然之真与美、规律与现象、普遍与个别互为表里，紧密相连一样！
陈池瑜：清华大学教授、博士生导师。