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論音樂藝術對物理科學的思維啟迪
論音樂藝術對物理科學的思維啟迪
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  物理學與音樂都要以各自的同構方式,去反映大千世界無數現象背后的兩種秩序:精確的、嚴格的秩序以及混沌、奔放的秩序,從而在形成各具特色的文化領域的同時,也使它們之間融洽達到了維妙維肖的程度。
  除了早在古希臘時期人類就開始了對自然與音樂——聲學之間關系的研究,并由此而分別在近代與現代時期,相繼創立了天文學的音樂(如開普勒的“行星協奏曲”)和音樂物理學(如樂器物理學、電聲保真電子學)之外,物理學與音樂間的相互交叉滲透、交融互補,還表現在更深的層次之中。本文所探討的音樂對物理科學思維的啟迪,就是一個極為生動的例證。
  科學史上的名人傳記表明,許多物理學家的科學創造活動都與音樂發生著千絲萬縷的間接性聯系,或者說音樂對物理科學思維表現出了神奇的魔力,這樣的史例是不勝枚舉的。
  牛頓早在劍橋大學三一學院當學生的時候,就開始研究音樂。近年,牛津大學的一位音樂理論家古克女士發現,從牛頓1664—1665年的未發表的音樂筆記中看,牛頓研究音樂的方法基本上是數學的、組合的方法。牛頓認為,音樂中音階的對稱和美麗比它的實用更為重要,相信音樂具有重要的倫理價值,可以用來表示宇宙神圣的秩序。由此可見,牛頓終生所信奉的和諧與比例的統一原理,是與他的音樂素養息息相關的,是深受音樂藝術的啟迪的。因為音樂所追求的是音階的對稱性美,“凡是美的都是和諧的和比例合度的,凡是和諧的和比例合度的就是真。”正是音樂所賦予牛頓的尋求宇宙布局和諧與比例合度的科學聯想力,致使牛頓把行星繞日、月球繞地球、物體落地等表面上毫不相干的現象聯系起來,并運用精確的數學方法對其作了定量的描述,從而創立了具有劃時代意義的萬有引力定律。
  被英國皇家學會授予柯普萊獎章的威廉·赫歇耳,出生在德國漢諾威的一個軍樂隊的樂師之家,他本人就是一位小提琴手和風琴演奏家。由于他精于人世的音樂,使他的探索欲望超越了音樂所表現的有限時空,迷戀于傾聽天文學的音樂。正是在這種科學好奇心的驅使下,使他在人世與天體兩種音樂的對比中,終于在1781年利用他自制的反射式望遠鏡發現了天王星。
  被舉世聞名的滑稽大師卓別林稱為“浪漫主義藝術家”的愛因斯坦,也與音樂藝術結下了不解之緣。他既是一個出色的“第一小提琴手”,又能彈得一手好鋼琴。據他的夫人愛爾莎介紹,在愛因斯坦醞釀狹義相對論的那段日子里,他時而彈鋼琴,時而停下來用筆寫些什么。從不會見客人,甚至很少下樓吃飯,直到他的論文完成。
  其他諸如在量子力學中曾作出過巨大貢獻的普朗克、海森堡和玻恩;發現“宇宙射線”的維克多·赫斯;核科學中的杰出女先驅——麗絲·邁特納等都非常酷愛音樂。他們中有的人不僅是樂器演奏家,甚至還是樂隊的指揮家。其陣容之大,足以組成一支可觀的樂隊。毋庸置疑,這些卓越的物理學家的科學思想,或多或少地是誕生于音樂藝術情感的“奶母”之手的。他們的科學觸覺及杰出的假想力,是借器樂的指法和樂曲優美的音符以及夢幻般的旋律而起飛、而翱翔的,并在一定的程度上,借助了音樂這種表達情感的藝術,進行了“思維的自由創造”。事實就是如此,在最精密的物理學中,如果不能出現音樂所引發的激情和才智的閃爍,那么再有天才的人物也很難找到真理的。
  那么,對于那些具有“感受音樂的耳朵”的物理學巨匠來說,為什么能夠利用音樂來啟迪他們的科學思維呢?
  首先,這是由于音樂和物理學擁有一個共同的目標,為了表現宇宙格局的精髓——和諧。
  在愛因斯坦看來,音樂的音符和數學的公式都可以組成我們這個世界的圖景,音樂和物理學互相補充,從不同的角度反映著我們這個世界的和諧與秩序。
  就音樂而言,不論是歌唱還是演奏,都有其與眾不同的“音樂語言”和“音樂形象”。這種以聲音作為主要表現特征的流動著的時間藝術,就是以其獨特的“音樂語言”和“音樂形象”,“把雜多導致統一,把不協調導致協調”,即“音樂是對立因素的和諧統一”〔1〕。 如果從其音樂聲波的特點來看,大多數音樂曲調是由諧音組成的。事實上,整個音樂音階是基于諧音音階基礎上的。這就是為什么音樂曲調聽起來悅耳的基本原因,也就是為什么說音樂是用有組織的樂意編織起來的藝術篇章的緣由。
  而作為研究物質運動最基本最普遍的形式的物理學,總是以探索自然界的對稱與和諧為其最高宗旨。它能以自身的特有結構,使紛然雜陳的物質運動形式及其規律互相聯系,多中有一,亂中有序,紛繁中見協調,差異中見統一。實際上,物理學史就是一部追求和諧統一的歷史長卷。17世紀,牛頓力學把天上和地上的機械運動統一起來。19世紀,麥克斯韋的電磁理論把光、電、磁的現象統一起來。20世紀,愛因斯坦的狹義相對論又把高速的和低速的力學運動規律統一了起來。其中質能關系式又把質量和能量統一起來。這時牛頓力學便成為狹義相對論的一個極限。廣義相對論則進一步把物質、運動、時間、空間和引力統一起來。量子力學的出現,不僅使牛頓力學又成為量子力學的一個極限,而且還能對物理運動、化學運動甚至生命運動作某些統一描述。現代物理學已深入到研究原子核、基本粒子層次中四種基本相互作用的統一。弱、電統一已在低能范圍內被實踐證實。當前的物理學正在向強、弱、電大統一理論進軍。因此,物理運動規律其實就是自然界不同層次上的物質運動和諧統一的反映。
  愛因斯坦說得好,“這個世界可以由音樂的音符組成,也可以由數學的公式組成”,雖然“音樂和物理學領域中的研究工作在起源上是不同的,可是被共同的目標聯系著,這就是對表達未知的東西的企求。”〔2〕物理學家和音樂家都試圖用統一和諧、 秩序井然的世界體系來代替經驗的世界,并用來征服它。“他們都按自己的方式去做。各人都把世界體系及其構成作為他的感情生活的交點”〔3〕。 這就是以美作為探索活動的支點。無論其探索的動機是消極的還是積極的,實質都是對美的追求,只不過音樂被視為個人精神生活的消遣,物理學則被當作理性征服外部世界的手段。這樣,它們兩者就完全相通了。音樂與物理學一樣,都是建筑在對自然界的征服的基礎上,都是人類美的創造成果。雖然物理科學理論不具備形象特征,但物理學家在創造和欣賞某一科學理論時所產生的美感與音樂家在創作和欣賞某一樂曲時所產生的美感在本質上是相同的。物理學家和音樂家的創作手段和方式雖然不同,但他們都是為了求得那種“最佳和諧系統”,都是為了認識世界和改造世界。不僅如此,物理學與音樂的一些基本美學形態諸如和諧性、對稱性、統一性等,也是一致的。美的物理科學理論與美的音樂作品一樣,都展示了人的能動性和創造性,都體現了人的智慧和才能,一句話,都是人的本質力量的確證。
  其次,是由于物理科學創造與音樂藝術的審美創造有著許多共同之處。
  我們知道,物理學是人類認識世界、改造世界的活動之一,而音樂則是人類的精神世界、生活方式和行為活動等方面的反映,它們都是人類活動中的一種創造性活動。物理學與音樂共寓于人類生產活動這個母體中,各以不同的形式依靠共同的創造力去不斷地創新和創作。誠如哈勃所說:“科學上的創造力和藝術上的創造力是同一個東西,這類共同的創造力是產生科學發現和藝術創造的源泉。”〔4〕
  與此同時,物理科學理論的發現與音樂藝術作品的問世一樣,都是人類智力過程的結果。亦即發明與創造既是物理學與音樂的共同基礎,又是物理學家與音樂家所共同努力的方向。物理學家“滿足于觀察現存世界的神奇的結構,窺見它的一鱗半爪,并且以誠摯的努力去領悟在自然中顯示出來的那個理性的一部分,即使只是極小的一部分,……也就心滿意足了。”〔5〕而音樂家則視創作為其生命, 把創作一部好的音樂作品作為終身的最高愿望。此外,物理學家與音樂家對一些事物的看法存在著共同的認識。即使音樂家是通過音符來表達自己的見解和感受的,而物理學家是通過似乎是周圍的濃縮物的公式和定理來表述其真知灼見的。但是,“正如偉大的……音樂家以獨一無二的方式看待他們周圍的世界一樣,偉大的科學家也是這樣做的。特別是在創造的時刻,這些學科之間的屏障就消失了。”〔6〕
  音樂家在對自然和社會中的原始素材進行提煉、取舍、加工和構思中,作為藝術思維的主要方式是想象。音樂家必須發揮藝術想象來實破直接經驗的局限性,不受時空的限制,讓思維飛騰馳騁,從而把握到僅憑直接感受和知覺所不能把握的事物,對生活的反映更廣闊、更深刻。如貝多芬的交響曲可以說是想象的產兒。
  直覺和靈感是藝術思維過程中所出現的一種特殊的心理現象。它們是構思過程中認識的飛躍,是音樂形象孕育由不成熟到成熟的質變的表現。著名的奧地利作曲家莫扎特曾在一封信中敘述過自己創作時的感覺:“當我感覺良好并處于優美的情緒中時,當我乘車外出兜風之時,當我美餐一頓之后出去散步之時,或當我夜晚難以入眠的場合,往往各種思維即如我希冀那樣流暢地涌現在我的腦海中。……當我抓住一個旋律之后,另外的旋律就會相繼出現,……我繼續擴展它,它也愈來愈清晰,而且不管它多么長,過程總會繼續進行,直到整個作品在我腦海中完整出現為止。此時,我的心靈對于整個樂曲的專注,就象我的眼睛對于一幅美麗的圖畫或一位漂亮的少女的凝視一樣地入神。雖然它的一些細節還有待于繼續推敲,但就整體而言,我已經能夠聽到這首樂曲的動人心弦的演奏了。”〔7 〕德國著名詩人歌德在給洪堡的一封信中也談到了音樂創作中靈感的作用,他說:“一個應該寫出總譜來的天才音樂家,其自覺成分和不自覺的成分,它們的相互關系就跟經線和緯線一樣。”〔8〕
  在物理科學創造活動中,同樣也需要上述這些非邏輯思維方式。如我們已經知道,上文中所論及的萬有引力定律和狹義相對論等,都是物理學家借助“音樂形象”,動用形象思維與邏輯思維結合進行抽象的產特。因此,“即使在嚴格的科學研究中,沒有想象力的自由發揮,也是不能前進的。”〔9〕“想象力比知識更重要”, “是科學研究中的實在因素”。〔10〕與此同時,直覺和靈感在提出科學假說、進行科學的判斷和選擇以及堅定的科學信念等方面均具有舉足輕重的作用。如愛因斯坦關于“概念是思維的自由創造”的思想就是一個生動的例證。另外,“實驗物理的全部偉大發現都是來源于一些人的直覺”,〔11〕難怪泡利說,理論物理學的新問題“對于科學家的直覺和機智有強烈的要求”。〔12〕
  所以,“真正的科學和真正的音樂要求同樣的思維過程”。〔13〕正因為如此,具有極好的藝術直覺能力的愛因斯坦,能把音樂的自然本質上升到理性的高度,產生普通人所無法感受到深刻美感。他不僅能把莊嚴、高亢的巴赫音樂同直沖云天的哥特式教學的形聯系起來,而且同數學結構的嚴謹邏輯性聯想在一起,領悟到科學和音樂的貫通。前蘇聯的庫茲涅佐夫在《愛因斯坦》一書中,曾把這位偉大物理學家的創作同莫扎特的音樂創作進行了對比,驚奇地發現科學思維與藝術思維之間有著許許多多的相似相通之處。
  既然物理科學創造與音樂藝術的審美創造之間有著許多共同之處,音樂藝術的形象思維對于物理科學思維的啟迪作用就顯而易見了。其中主要包括:音樂有助于物理學家了解作曲家的創作方法和思維方式,能促進物理科學思維中的形象組合、聯絡、形成概念和關系(如萬有引力定律的發現);有助于類比聯想建立科學理論模型(如開普勒在一首名為《和諧的序曲》的提示下構建宇宙模型);使物理學家保持自由與和諧的創造思維情境,增強他們的科學幻想力和“發現問題”的洞察力,從而大大擴展了思維領域(如威廉·赫歇耳發現天王星)。
  隨著人類知識愈來愈遠離人們的感官直接所能掌握的物質層次,客觀對象的現象與本質愈來愈脫節,從現象到本質的認識,需要更多的中間環節和轉化,用較簡單的歸納法總結出來的經驗定律已遠遠不能滿足現代復雜的物理科學理論建立的要求。在這種情況下,音樂所提供的精神力量(宇宙和諧的自然觀)和創造性思維(尤其是擴散思維)就顯得特別重要。
  因為宇宙和諧的自然觀“始終成為一種啟迪人智慧的哲理而顯示著它的光彩”。這就越發使音樂等其他的藝術形式,在物理科學創造活動中具有不可低估的重要地位。這正如尼爾斯·玻爾所指出,藝術之所以能豐富我們的想象,其原因“就在于藝術能給我們提示系統分析所達不到的和諧。可以說,文學、造型和音樂藝術形成表現方法的連貫性,而在這種連貫性中,越來越充分地放棄科學報道所特有的準確定義,從而為幻想提供更多的自由”〔14〕而諸如想象、幻想等擴散思維的特點是流暢、變通和獨特。這種思維方式與聚合思維正好相反,它需要離開問題的中心然后向多方面散開,以便從多角度尋找解決問題的途徑。在這過程中,它不受現成知識的制約,也不受傳統方式的束縛,而是要不斷補充、不斷探求、不斷發現,從而提出新的認識和見解。
  上述的愛因斯坦在科學構思中時而彈鋼琴一例,正是他利用音樂藝術給我們提示的系統分析所達不到的和諧方案,運用想象、直覺和猜測等擴散思維的方式,經過對事實的縝密考察,建立理論同感覺經驗之間邏輯(主要是演繹)關系,來建造他的狹義相對論的。怪不得愛因斯坦曾有感愛地說:“藝術作品給我最高的幸福感受。我從中汲取的精神力量是任何其他領域所不及的……。”〔15〕
  再次,現代腦科學的研究,又進一步為音樂對物理學創造所表現出的新奇魔力提供了有力的證據。
  中間由兩億多條神經組成的胼胝相連接的人的大腦左右兩半球,除了擁有不同的生理支配能力以外,還支配著不同的智力活動。根據前蘇聯心理學家和美國神經生理學家對腦的機能、腦生物電活動的測試發現,被稱為“優勢腦”或“語言腦”的左半球支配著語言、數學、邏輯等功能;被稱為“音樂腦”的右半球支配著顏色、音樂、形象思維和直覺思維、情感等功能。人只有使大腦兩半球均衡發展,綜合使用,大腦的總效率才會成五倍或成十倍地增長。而今,許多人體科學研究專家多年的實踐研究又表明:音樂具有開以右腦潛力、調整大腦兩個半球的功能。
  在人們運用“語言腦”緊張工作和學習之余,若能經常欣賞或演奏自己喜愛的音樂,便可激發大腦右半球產生新的興奮灶,從而使“語言腦”得到充分的休整。更為重要的是能夠改善由于左右腦平衡失調所造成的一側半球的長期抑制狀態,使大腦皮質興奮性增高,同時其傳導和儲存能力也相應地得以提高,從而使大腦兩半球的優勢得到充分的配合和發揮。這如同心理學家勞倫斯所指出的那樣,“只有當大腦右半球也充分得到利用時,這個人才最有創造力”。
  諸如以上所提到的開普勒、牛頓、威廉·赫歇耳、愛因斯坦、普朗克、海森堡等一批卓越的物理學家,一生中最熱衷的是物理學與音樂。他們之所以有驚人之創舉,與他們既具有嚴密邏輯推理的左腦又具有形象思維發達的右腦是密切相關的。譬如,據有關資料報道,美國腦科學家在對愛因斯坦的大腦進行切片分析時發現,他的大腦神經突觸比普通人多得多。這與他經常演奏小提琴和彈鋼琴是分不開的。因為快速的左手運動會使右腦的神經系統受到反復刺激,而促進其神經細胞變大,繼而分出許多突觸和形成分叉,這是大腦發達的一種腦結構現象。
  除音樂外,文學、詩歌、繪畫、雕塑、甚至手藝等,均有助于物理學家創造性思維的發展。如倫琴對文學、繪畫、手藝有著濃郁的興趣;約翰·威廉·瑞利寫得一手好文章;玻爾非常熟悉雕塑;薛定諤是詩人;湯川秀樹從小就喜歡閱讀中國古代道家的文學作品;理查德·費曼舉行過個人畫展;蓋爾曼曾對喬伊斯的長篇小說《芬尼根的徹夜祭》入了迷,等等。事實表明,這些諾貝爾物理學獎金的榮譽者的卓越貢獻,無一不與他們的藝術素養息息相關,真可謂是“通才取勝”。由此我們似乎可以得出這樣一個結論:研究物理學的人,如果不懂得藝術,那將會是一個很大的欠缺。由此我們還可以進一步聯想到,進行通才教育,強化對中小學生尤其是大學生和研究生“博學多才,通而后專”的才能的訓練,這對培養和造就千百萬跨世紀的復合型人才,確實具有重大的戰略意義。它既是中國教育界的任務、時代制定的課題,又是“教育要面向現代化,面向世界,面向未來”的需要,還是世界范圍戰略爭奪的制高點。
  注釋與參考文獻:
  〔1〕《西方美學家論美和美感》P.140。
  〔2〕〔3〕《愛因斯坦文集》卷1,商務印書館1976年版,P.284;P.101。
   〔4 〕米山國藏:《數學的精神思想和方法》, 四川教育出版社1988年版。
  〔5〕《愛因斯坦文集》卷3,商務印書館1979年版,P.45~P.46
  〔6〕〔7〕雅克·阿達瑪:《數學領域中的發明心理學》,江蘇教育出版社1989年版。
  〔8〕路德維希:《歌德傳》,天津人民出版社1982年版。〔9〕普朗克:《唯理認識之途徑》,商務印書館1956年版。
  〔10〕《愛因斯坦文集》卷1,商務印書館1984年版。
  〔11〕玻恩:《我這一代物理學》,商務印書館1964年版,P. 183。
  〔12〕《紀念愛因斯坦譯文集》,上海譯文出版社1979 年版, P.271。
  〔13〕〔14〕〔蘇〕、門·A ·拉契科夫著:《科學學——問題·結構·基本原則》,科學出版社1984年,P.294;P.299。
  〔15〕A·麥什科夫斯基:《愛伯特·愛因斯坦》莫斯科,1922 年,P.162。
江西社會科學南昌32~36B2科學技術哲學程民治19981998作者:安徽省巢湖師專物理系副教授 作者:江西社會科學南昌32~36B2科學技術哲學程民治19981998
2013-09-10 21:39

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