自然科学研究中的审美活动初探

严瑾

（科学咨询杂志社，重庆 401123）

人类文明的发展促进自然科学的诞生和进步，自然科学与社会科学、思维科学并称科学三大领域，它是以定量作为手段，研究无机自然界和包括人的生物属性在内的有机自然界的各门科学的总称。自然科学认识的任务在于揭示自然界发生的现象以及自然现象发生过程的实质，自然科学认识的对象是整个自然界。科学工作者在探究自然规律的过程中，都有审美的感受。数学家彭加勒说：“科学家研究自然，并非因为这样做有用处。他所以研究它，是因为他从中能得到乐趣。他所以能得到乐趣，那是因为它美。”自然科学本身虽然不是美学，但是富含美的素材，使科学工作者在探究的过程中，经历很多美的体验，从中可以看出，科学本身与艺术具有相通性。

一、自然科学中的独特美

科学美指的是在自然科学研究中对自然现象和过程的规律性进行探究的一种理性美，是理智思考、领悟自然界规律的美，是审美者通过探索、想象、逻辑推理后所体验到的美。尽管与其他美有不同的表现，但在本质上是一致的，是人类自由创造的精神产物。主要包括两个方面的内容:

（一）科学作为审美对象所具有的内在即规律性的和谐美

和谐美体现的是一种理论结构和谐的秩序美，理论的和谐也反映出大自然长期进化的和谐与统一，和谐美能够实现协调和对称的发展，通过各种元素的结合形成和谐的整体。例如，爱因斯坦的质能关系式揭示了自然界微观、宏观、宇观无数质能变化的规律，质能关系式为：E=mc2，它简短但却有很强的审美价值。这个简洁的公式，对人类进步做出了卓越贡献。又如，剖析几何的美学价值在于它把代数、几何、逻辑学都统一起来。

（二）人作为审美主体在科学活动过程中产生的美感

科学工作者的成果应具有独创性，科学工作者对新的事物产生探究兴趣，从中获得更愉悦的感知和新的体验，将两个毫无关系的独立体融合到一起，或者对事物的物质性质产生新的理解，打破人们的传统认知，在科学创造中产生美感。例如，英国生物学家查尔斯·罗伯特·达尔文花大量时间考察不同生物性状和环境的关系，最终得出了科学的生物进化论的理论。

二、自然科学中美的产生

（一）科学研究的对象常常有其美的特征

科学工作者不断地探索，从千变万化的自然万物中探究其和谐统一的美的本质，在探索物质运动和结构中注重揭示物质本质联系，同时利用数学语言进行表达，形成和谐统一的理论内容。比如，牛顿力学的美学价值在于它把宏观运动统一起来；牛顿第一次提出宇宙和谐统一，将天体与地上的微小粒子统一为物体的运动，并形成和谐、严密的理论，实现物理与数学的综合发展。麦克斯韦做出第二次统一，在安培、法拉第等人的研究基础上形成电与磁的概括，对物理学知识进行二次综合；爱因斯坦进行第三次统一，将牛顿力学与电磁学、质量、能量等进行统一，实现三次理论综合。科学理论中，对称性的美学意境，引起很多科学家心驰神往。如空间对称、时间对称、性状对称、守恒对称（各种守恒定律）等，一旦被发现，常令科学工作者因窥探到自然奇异美丽的内部而兴奋不已。生物学上的遗传与变异，同化与异化；化学上的合成与分解，氧化与还原；物理上的电场与磁场，波粒二相性，负电子与正电子等都因有很美的对称形式而受到欣赏。数学上，一个完美命题的充分条件和必要条件，就是这一命题的对称美。

（二）科学探索的过程时常令科学研究者如痴如醉，忘我工作

科学工作者对大自然充满热爱，并对自然界有强烈的探究热情，渴望实现更伟大的科学创造。德国有机化学家凯库勒自称在梦中发现了苯的结构简式，凯库勒的苯分子结构理论之所以美，不仅是因为它与实验事实相符合，也因为它采取双轴对称的几何图形，给人以美的感受，这一理论极大地促进了芳香族化学的发展和有机化学工业的进步，充分体现了基础理论研究对于科技和经济进步的巨大推动作用。

伟大的科学家爱迪生倾尽毕生精力发明创造，他正式登记的发明就有1328种。他发明的很多电器至今仍然为我们所使用，这些伟大的发明促进了社会的发展和人类的进步。爱迪生发明了电灯，他为了选择白炽灯的灯丝就用了上千种材料，胡须、头发，家里的竹丝等都成为了他的实验材料。爱迪生忘我工作的故事广为流传，他靠着坚持不懈努力钻研的精神，成为了名副其实的“发明大王”。为了科学的进步和发展，许多科学研究者为追求科学美而耗尽毕生的精力。由此可见，自然科学的发展，来自于科学工作者的不断研究和发现。

（三）科学发现的“真”本身也是令人叹服的美

科学工作者尝试用最美的语言对自然科学思想进行高度概括，比如，用凝练的定义、原理、公式等去概括大量的自然现象。在自然科学的研究中，数学语言已经被广泛应用。科学研究者认为可以通过间接的数据定律对自然科学结论进行高度概括，比如，可以利用相对论力学、牛顿方程以及爱因斯坦方程等进行数学表达，总之利用特殊的数学结论对宇宙世界进行概括和总结。随着现代科学的发展，数学的美是利用数学机制对客体进行认知和解释，所有数学符号都被赋予美。这是因为数学本身具有抽象性、简单性的特点，可以对理论内部的逻辑进行合理反映，保证逻辑的严谨性。例如，天文学中通过数学符号揭示了大量天体的运动规律和引力状态，使自然科学融入数学的美中。又如，物理研究中的粒子与反粒子就是一种对称美的表现。

三、科学美存在的作用

（一）点燃科技工作者的探究热情

科学研究的对象是自然界，科学发现的目的在于揭示自然的奥秘，探寻其中的奥妙。大自然的美让人震撼，无数科学工作者为之折服，投身于科学研究。科学工作者希望用自己的方式表达这种审美的情感，并把这种情感传递给能体验它的人。科学工作者在科学研究中构建了大量的公式、假说等对客观事物的本质进行反映。例如，爱因斯坦通过公式和假说对高速运动物理现象进行解析。科学工作者在科学研究前，都会先设定科研目标以及科研方向。但是科学创造是一个复杂的过程，研究中可能有诸多的不确定，使研究开始时的目标无法实现，需要重新确定研究方向。审美方法为科学工作者的科学研究和科学创造提供了诸多的启迪和思考，防止科学研究中出现瓶颈。审美方法可以为科学工作者提供更多的思路，使科学工作者的研究思路从封闭的客观事实进行拓展，打破传统思维束缚，使思维向广度和深度发展，扩大思维空间，点燃科学工作者自然科学研究的热情。

（二）启发自然科学创造灵感

科学美在自然科学研究的应用有利于为科学工作者提供灵感。科学工作者始终处于高强度的脑力工作中，每个科研项目都需要一个长期的研究、验证和总结过程，注意力始终保持高度集中的状态不利于创造力的激发。因此，科学工作者能够从紧张的状态中适当放松和调整，大自然万物之美则能够为科学工作者紧张的研究状态提供调味料，使科学工作者枯燥的研究生活不再乏味，提升科学工作者精神的愉悦感，使科学工作者的紧张情绪得到有效缓解。此外，懂得欣赏研究对象的美还有利于调节科学工作者的精神生活，使中断的研究思维重新闪现灵感。审美可以使科学工作者的大脑在忙碌的研究中适当得到放松和休息，而这种适当的放松更容易出现灵感，提升科学家的想象力和创造力，达到更好的创作效果。由此可见，审美方法虽然无法取代逻辑思维，但是却可以作为一种重要的辅助模式。

（三）提供自然科学实验建构

只有实践才是检验认识真理的唯一标准，自然科学研究中离不开科学实验的创造和验证，然而在科学实验研究中同样存在着科学美。美国物理学迈克尔逊和莫雷合作，为研究“以太”漂移而设计制造出来的精密光学仪器。它是利用分振幅法产生双光束以实现干涉。通过调整该干涉仪，可以产生等厚干涉条纹，也可以产生等倾干涉条纹。主要用于长度和折射率的测量，若观察到干涉条纹移动一条，便是M2的动臂移动量为λ/2，等效于M1与M2之间的空气膜厚度改变λ/2。迈克尔逊干涉仪用于验证“以太”的存在，结果证明了光传播速度的不变性，从而否定了“以太”的存在。

该实验的美感体现在假设具有“以太”物质，那么“以太”物质必然会影响光的运动，因此可以以此为基础对其运动速度进行测算，并结合美的对称性原则，清除系统误差，从不同角度反复实验。自然科学研究中通过科学实验的设计，能够为科学工作者提供更多的研究反馈。科学工作者参考美的规律进行创造，可将美感融入科学实验中。

四、自觉提高对美的鉴赏力

科学美存在于自然科学的发现、创造中，它是科学工作者探索自然规律，创造成果的显现。科学工作者可以提高审美能力，用审美直觉和审美灵感帮助科学发现、科学分析。面对科学成果，有的科学工作者会产生强烈的美感，反之有的科学工作者却毫无察觉，这就是科学美的感知和鉴赏的差距。

五、注重科学精神的培养

科学精神是在人类文明进程当中逐步发展形成的，科学精神源于近代科学的求知求真精神和理性与实证传统，它随着科学实践的不断发展，内涵不断丰富。科学精神强调客观验证和逻辑论证相结合的严谨的方法，科学精神是在人类文明进程中逐步发展形成的，科学理论必须经受实验、历史和社会实践的检验。一个人对科学美的感知和鉴赏能力也是最宝贵的精神财富。科学工作者提高对美的鉴赏力，一要不断充实自己，有渊博的知识；二要有不懈追求真理的信念和捍卫真理的勇气，在科学研究中，有实事求是、严谨的态度；三要有不畏艰苦，勤奋努力，发现和创造新的知识，为科学献身的热情。只有重视科学研究，全身心地投入参与科学研究，才能领悟到科学之美。对科学美的探索精神是科学研究者追求真理的精神素质，在科学发现和探索的过程中，科学之美在发现和探索的各个阶段都会产生巨大作用，引导着科学工作者作出成绩。

六、结束语

综上所述，人类自然科学研究是一个严谨的逻辑思维过程，需要科学工作者结合客观事实进行理智研究，但是同样离不开美学方法的推动。每一个科学工作者都是科学美的追求者和实践者，在科学研究中发现美的元素，创造美的结论。自然科学中客观规律并不仅体现在被动的、机械的规律方面，还体现在审美标准上，通过审美方法的应用为科学发展提供原动力和研究灵感，使自然研究成果更丰富。希望科学工作者不断发现美、感受美，为探索宇宙奥秘作出新的更大贡献！