名画中的科学

    杨建邺（本报书评人）

    科学和艺术的关系，是一个常常被讨论的话题。但是给我的印象是科学家对科学和艺术的关系似乎更加关注。2002年李政道就专门出版了一本《科学与艺术》，请了几位艺术大师一起挥毫作画之后又纵论科学与艺术之间的微妙关系，他说：

    科学家追求的普遍性不同于自然现象的普遍性，是人类对自然现象的抽象和总结，适用于所有的自然现象。它的真理性植根于科学家以外的外部世界，科学家和整个人类只是这个外部世界的一个组成部分。艺术家追求的普遍真理性也是外在的，植根于整个人类，没有时间和空间的界限。尽管科学的普遍性和艺术的普遍性并不完全相同，但它们之间有着很强的关联。

    ……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，都追求着深刻性、普遍性、永恒和富有意义。

    杨振宁在1988年接受记者比尔·莫伊尔斯（Bill Moyers）采访时有一段话：

    ……如果你能够把许许多多错综复杂的现象概括成几个方程式，那是非常美妙的。  诗是什么？诗是思想的浓缩。你把非常复杂的思想用几行文字来表达，你写的就变成了一首非常美丽的诗、一首有强大感染力的诗。我们寻求的方程式其实就是自然的诗篇。

    以上引用的都是科学家谈论科学与艺术之间的微妙关系。这种谈论比较多见，反过来艺术家根据他们的成果来谈论艺术与科学的关系，则似乎并不多见。在国内从绘画的角度来透视和分析艺术与科学的关系的著作，我还没有见到过。  值得庆幸的是，林凤生先生最近出版的著作《画中有话——解读名画中的科学元素》，弥补了这一缺陷。林先生是学理工学的出身，但是他在早年师从丰子恺等先生学习过几年绘画，这使得他有很有利的条件观察、理解和探索“名画中的科学元素”，为我国读者展示了一个美妙而又具有价值的园地。

    我个人对科学和美一直很有兴趣，曾经写过一本《物理学中的美》，探讨物理学中的美。但是我很少倒过来探索艺术中的科学元素。所以林凤生先生这本书可以说是让我大开眼界。全书52个小节，几乎节节都精彩，其中让我最感惊讶和受益良深的是64页的“对称与平衡”，95页的“两幅《明月》画”，以及129页“‘混沌’画家画混沌”。

    对称性是物理学里一个非常重要的概念  。我知道一点对称性对绘画的重要性，但是在看了林先生书中第64页的文章以后，才知道名画里对称的意义远不止我所知道的那一点点皮毛，里面的水深着呢！林先生以拉斐尔（1483—1520）名画《西斯廷圣母像》（第65页）所显示的感觉上的对称与实际画中布局的不对称，做了视觉思维的格式塔心理学分析。拉斐尔画中的不对称为什么在欣赏者的感觉上是对称的呢？这里面包含的科学元素实在值得深深思索。拉斐尔虽然并不一定懂得视觉思维科学的理论，但是由于丰富的创作实践，能把画面构图布置得出神入化，完全符合现在的视觉思维理论，令人惊叹不已。可以说，当物理学家还在黑暗中摸索对称性的意义的时候，这些画家早几个世纪就明白了对称和不对称之间微妙的关系。

    “两幅《明月》画”一文谈的两幅画，一幅是凡·高1889年的作品《月亮升起》（第96页）。在这幅画的下面林先生写道：“画中金色的圆轮是日落还是月出？这幅画是写实作品还是写意作品？需要观者猜测还是实地考察？中西文化会有不同的处理方法。”这段话首先就吸引了我的好奇，于是仔细阅读全文，这才知道其中非常有趣的故事。

    原来，有两位美国物理学教授唐·奥尔森和卢梭·多斯彻尔对凡·高画中的月亮很有兴趣，他们居然把物理学研究放到一边来研究这幅画中近乎古怪的问题。他们通过到绘画实地（法国圣雷米）考察画中所绘的麦田和峡谷的方位、距离等等，查阅1889年5月8日到9月底的天象记录，并且考察凡·高在那段时间写的信件和其他一些资料，最后得出结论说，凡·高是在1889年5月16日或者是7月13日离峡谷仰角为40、方位是360的一处麦田里，当月亮从一片麦田旁的峡谷升起的时候完成这幅名画的。这两位物理学家还把他们的研究写成报告，发表在2003年7月的《天空和望远镜》月刊上！林先生说 ：“如此精确的报告，实在让我辈长了见识，看来凡·高的这幅画面应该定格在这一时刻的景色上。”我想不仅仅林先生会长了见识，读者看了这一节，恐怕都会惊叹：画中居然有如此丰富的科学元素，简直不可思议！

    另一幅画是日本画家葛饰北斋1824年画的《富士山景之一》（见第130页）。我们知道20世纪60年代，有一门学科异军突起，为人们已知的科学体系带来巨大的冲击，那就是复杂系统（complex system）。它是一门在秩序与混沌（chaos）边缘的科学。复杂系统具有某种动力，使得系统具有一种自组织、自我调整能力。复杂系统的理论动摇了经典物理学的根基，使人们认识到某种极其简单的动力规律，可以导致非常复杂行为，并产生一种整体的美感。  科学家探讨混沌现象后发现一些规律性，比如蝴蝶效应（butterfly effect）和分形（fractal）。分形的主要特点就是自相似性，即把很小的局部图形放大后，它与整体图形非常相似。

    林先生在叙述这一门非常抽象的知识时，用葛饰北斋早在1824年的绘画《富士山景之一》来描述这种自相似性。在这幅画下面林先生写道：“翻滚的浪花不断重复着相同的结构，这是自然的分形，而现在所谓的分形艺术不追求模仿任何自然对象，却遵守严格的数学规律。”

    为了证实这段话，林先生讲述了美国“混沌”画家杰克逊·波洛克（Jackson Pollock，1912—1956）的故事。这位生前不走运的画家1950年画的一幅《秋韵》，当时几乎没有一个人承认它是什么艺术，有人认为那只不过是醉汉对艺术的嘲弄。他想把这幅画赠送给耶鲁大学，被婉拒。现在这幅画已经作为珍品藏在美国艺术馆里，而他本人也成为美国艺术代表人物。

    林先生在波洛克的《秋韵》下面写下一段话：“图形复杂而混乱，表达出和谐的韵律。”这幅画的确让人看了后有一头雾水的感觉。但是分形科学出现后，物理学家们经过认真研究，惊讶地发现，波洛克许多看似极其“混乱”的画里，其“分形维度D”（fractal dimension D——描述分形图像复杂程度的一个物理量）竟可以高达1.9，着实让人惊讶不已。要知道，在分形科学里，D = 2是复杂程度最高的。

    林先生感叹地说：“在科学家讨论自然界的分形之前25年，波洛克就在画着分形了，而且花了10年时间来不断提高他的滴画技术，从而得到高维度的分形作品，这又是一件让人觉得混沌的事情。”

    由上面三个具体的实例，可以看出艺术家在某些后来被视为科学的领域里，的确有比科学家更为敏感的直觉领悟能力。因此，科学家实在很有必要从艺术家那儿得到灵感和想象力。这一点也许以前被很多人（包括科学家）忽略了。这本书给我们提了个醒。