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陈学云:科学之真与科学之美
作者: 何新研究中心 |   时间: 2012-01-12 |   浏览: 453

 

    编者按:6月16日,威尼斯官方网站登录会峰校区水上报告厅经管学院博士、何新学术研究与批判学会指导老师陈学云应邀主讲题为“科学之真与科学之美”的讲座,以下是讲座的主要内容。

一、 科学能与美结合吗?

    上世纪五十年代,好莱坞评选出奥斯卡影后中的“四朵金花”:费雯-丽、奥黛丽-赫本、伊莉莎白-泰勒以及琼-芳登。

    What made Taylor so pretty?

    Taylor wasn’t just considered the most stunning starlet in Hollywood, but the most beautiful woman in the world. Scientists say research has helped shed light on what made Taylor’s beauty so rare. She had those violet eyes,fair skin,dark hair and a small gracile jaw. “a higher contrast tends to make the face look more feminine, she combine that beautiful face with a very beautiful body. ” said a Harvard Psychologist. Science has shown that the ideal waist-to-hip is 0.7, Taylor’s  is near to that rate.

二、一个古老的命题

    科学探索真

    道德研究善

    艺术追求美

三、一个新颖的问题

    无论是人工制品还是天然物品,形态的“丑陋”必然表明其功能的缺陷,而某些必要功能的完美形式往往伴随着“美”的外形……

                                                    ----詹姆斯•W•麦卡里斯特:《美与科学革命》P2

四、自然美与科学美

    自然美:感性美  悦耳悦目 审美感官的满足和喜悦(娇莺嫩柳  曲涧荷塘)

    科学美:理性美  深邃隽永  逻辑的严密、论理的简洁、结构的宏伟  “深奥之美”  和谐之美

五、科学美的表现形式

    (1)科学美的表现之一:简单性

    在能够解释本领域全部经验事实的前提下,理论中逻辑上的独立的元素,即作为演绎出发点的基本概念和基本原理要尽量少。----爱因斯坦

    我在11岁就开始学习欧几里德几何。……这是我一生中的一件大事。像初恋一样使我眩惑。我不到世界上有什么东西会这样有趣。----爱因斯坦

    只有欧几里德面对美,赤裸裸的美。----米莱

    鉴赏科学理论之美,会感觉一种“灵魂沉醉喜悦中的强烈战栗”。----爱因斯坦  

    比如,《欧几里德几何原本》先摆出定义、公理,然后有条不紊地由简单到复杂地证明一系列命题。他以公理定义为要素,作为已知,先证明了第一个命题。然后又以此为基础,来证明第二个命题,如此下去,证明了大量的命题。其论证之精彩,逻辑之周密,结构之严谨,令人叹为观止。 《自然哲学之数学原理》是一种标准的公理化体系,它从最基本的定义和公理出发推导出若干普适命题。    
                                                                                          
    (2)科学美的表现之二:对称性

    一个结构在一定的变换下是对称的,只要该变换能够使结构保持不变。   ------詹姆斯•W•麦卡里斯特:《美与科学革命》P46

    (3)科学美表现之三:和谐性

    内部自洽,体系统一。把看似不同的概念、定理、定律在一定的条件下纳入到一个统一的体系中,展示出高度的和谐之美。

    相对论犹如一座琼楼玉宇,其外部结构之华美雅致,其内藏观念之珍美新奇,都是无与伦比的。----李醒民:《论科学美和数学美》,湖南社会科学,2006,(1)

    统一之履

    亚里斯多德:可以用数学语言来刻画的天上的运动和杂乱无章的地上的运动。

    伽利略:天壤无别的运动,数学简单性同样存在于地上的运动。

    牛顿:万有引力定律,统一了天上的运动和地上的运动。

    爱因斯坦:狭义相对论,统一了低速运动和高速运动;广义相对论,统一了惯性系的运动和非惯性系的运动。

    (4)科学美表现之四:奇异性

    形成理论的奇特思路、所得出的新颖结论达到了令人惊呀的程度,使人产生柳暗花明、别开洞天的感觉。---- 高文武:《以美启真  双向互动》12

六:科学美是“形式美”与“内容美”的统一

    形式美:即科学的数学美,指科学理论的数学形式的完整性, 它是一种纯粹意义上的形式美,是内在结构的和谐。

    内容美:科学理论与观察和实验事实符合或与自然秩序同构。----李醒民

七、美可示真

    (1)……在新的科学概念和原理涌现的瞬间,无意识的审美鉴赏和审美选择甚至是决定性的。一句话,科学审美是科学发明或科学发现的突破口,是科学灵感的源泉,是科学创造的种子----李醒民《科学的文化意蕴》

    通过神奇的照片爱因斯坦变玛丽莲梦露加以说明

    (2)……爱因斯坦的狭义相对论与广义相对论方程以极度浓缩的数学语言写出了物理世界的基本结构,可是说它们是造物者的诗篇。

    通过勒维耶用数学发现了海王星、广义相对论的验证给予解释


    (3)灵魂一见到美的东西就感觉到敬畏和战栗。科学家在深沉的审美体验中,往往进入巅峰状态,此时人们能直接直面实在本身,洞察实在统一的真面目。

    麦克斯韦方程组揭示了电场与磁场相互转化中产生的对称性优美,这种优美以现代数学形式得到充分的表达

    重要的是,不是通过实验而导致理论,而是考虑对称性的过程中列出方程式,然后由实验加以证明—这种方法已成为物理学的传统----杨振宁

八、真必为美

    任何描述基本自然定律的方程必然在它们之中具有巨大的数学美。它对我们来说就像宗教一样。  ----狄拉克

    科学之真生发和统摄美和善。真的同时也是善和美的。----李醒民

    通过对无穷小的认识说明宗教的信念,加上应用上的成功推进了数学的发展,并使之完美。

    有效性—真性的表征:数学方程式可帮助人类旅行至太空,制作电脑微晶片,或切除脑瘤……----《科学的灵魂》P179

    17世纪的微积分概念不清,其关键是对无穷小量的分析陷入了困境,整个微积分没有严密的逻辑基础。就是在这种混乱中,18世纪伟大的数学家们心安理得地运用和扩展微积分……支持他们的信念也许是靠其运算的便利和有效性了。----陈学云《无穷小量的命运及对数学发展动力的思考》

九、科学活动之美:爱因斯坦相对论的建立过程

    伽利略:伽利略变换(速度叠加原理)。

    麦克斯韦:波动的速率只根据媒介的性质,与波动的来源是否移动无关。

    冲突:伽利略的相对论与麦克斯韦方程不协调。

    解决冲突的钥匙:时间膨胀(时间的相对性)。

    爱因斯坦:摒弃以太和绝对空间。

    狭义相对论:两个假设确立。

    一个信念:把相对性贯彻到底。

    万有引力:动力观念的相对化。

    等效原理:加速与引力相等。

    空间弯曲:地球使其附近的空间弯曲,使物体加速,而非引力。

    空间不再是宇宙上演不同事件的空台,而是在影响宇宙事件。

    实验上的效果十分有限,吸引科学家的是数学上的精巧和观念上的简洁。(科学的灵魂P204)

后记:

    陈学云通过“科学探索真、道德研究善、艺术追求美”的古老命题展开,通过举例说明,无论从欧几米德的几何原理和牛顿的自然科学数学原理相比较,还是爱因斯坦的相对论等都系统的概括表述了科学美的简单性、对称性、和谐性和奇异性。他通过动静效益、科学运动之美、无穷小量的命运等科学实例解释了“美可示真”“真必为美”的科学之间真与美之间的关系。讲座中插播的科学视频短片探索和解析了万有引力原理和视觉错觉的原因,更有力的诠释了科学的真与美。也深深抓住了在场同学的好奇心,加之以生动深刻的语言表达方式赢得了在场观众阵阵掌声。

    整个讲座过程,陈博士带领同学畅游了奇特的科学“世界”,让大家懂得了用科学思考问题的重要性,受益良多。
 

 

 
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