沈致隆·科學與藝術結合培養有創新精神的人 下

愛因斯坦從6歲起到14歲正規學習並演奏小提琴,具有很高的技巧和修養,可以舉辦獨奏音樂會。這一事實,人盡皆知。他從小學到大學都被認為沒有出息,大學畢業後被關在學術機構大門之外,不得不在瑞士伯爾尼專利局當小職員,工作日審查專利,週末組織樂隊排練演出,當然談不上申請科研經費和科研項目,更沒有先進的設備和實驗室,也無名師指導。

但人們說,1905年是世界科學史上的里程碑,因為愛因斯坦這位當年26歲默默無聞的專利局小職員,在承擔著結婚、生子重任的同時,在物理學的三個未知領域內齊頭並進,在不長的時間裡發表了三篇重要論文——《論動體的電動力學》《分子熱運動論所形成的平靜液體中懸浮粒子的運動》和《有關光的產生和轉化的一個試探性觀點》,分別揭示了狹義相對論原理、布朗運動的數學規律和光的量子本質,如閃電劃破了理論物理學的夜空,創造了人類科學史上的奇跡。他究竟靠的是什麼?

除了深厚的物理學、數學造詣和頑強的科學探索精神之外,愛因斯坦在科學研究中運用了形象思維,發揮了藝術家的想像力,體現了驚人的創造才能。

相對論自1905年誕生以後,很少人理解並接受。直到1919年5月日全食,英國天文學家在非洲和南美都觀察到光線通過太陽引力場時的偏轉,而且與愛因斯坦根據廣義相對論數學推導出的偏轉角度一樣,證明了時空彎曲,相對論才獲得廣泛認可。

這時愛因斯坦說出了驚世駭俗的名言:「我相信直覺和靈感……當1919年日食證明了我的推測時,我一點也不驚奇,要是這件事沒有發生,我倒會非常驚訝。想像比知識更重要,因為知識是有限的。」

「直覺和靈感」既是藝術構思的特征,也是科學創新的特征,想像是科學從藝術過程中獲取靈感的重要手段。

不僅如此,愛因斯坦曾以自嘲的口吻說:「為什麼創建相對論的人不是別人而是我呢?我認為主要原因是一個正常的成年人不會研究空間和時間的問題,這是他在童年時早已經思考過的問題。但是我的智力發育滯後,所以一直到成年,才開始對時間和空間的問題產生好奇心。因此我對這些問題的思考,比起正常的兒童,自然會更加深入。」

音樂既是時間的藝術,也是空間的藝術,愛因斯坦高超的音樂素養,使他比一般科學家具有更高的空間智能,這恐怕也是促成相對論在他頭腦中誕生的原因之一。

除相對論外,現代科技兩大支柱的另一個是量子力學。而量子力學重要創始人中,德國的普朗克、海森堡、玻恩,法國的德·布羅意,奧地利的薛定諤和泡利等6人,分別獲得1918年、1932年、1954年、1929年、1933年和1945年的諾貝爾物理學獎,他們都和文學藝術有著不解之緣。

普朗克(Max Planck)是量子力學最重要的奠基人,但他上中學時就擅長演奏鋼琴、管風琴和大提琴,還曾為多首歌曲和一部輕歌劇作曲。普朗克每次和愛因斯坦討論學術問題的間隙,常常合奏莫扎特的小提琴奏鳴曲,愛因斯坦拉小提琴,普朗克彈鋼琴。

德國物理學家海森堡獲得諾貝爾物理學獎最重要的原因,就是1927年提出的「測不准原理」。這一原理被認為是自然科學中最深奧、意義最深遠的原理之一,給予人類認識自然和社會全新的視角和方法。海森堡10歲就可以用鋼琴流暢地彈奏巴赫的經典作品,成年後與其師玻恩在兩架鋼琴上同時演奏雙鋼琴奏鳴曲,更被人們稱贊為「出神入化」。

另外三位量子力學的創始人中,泡利對德國詩人歌德的作品極有研究。德·佈羅意曾獲得歷史學學士學位和文學碩士學位。薛定諤曾出版過詩歌作品,為解釋量子態的疊加,提出了著名的思想實驗「薛定諤的貓」,想像力無比豐富,比喻十分神奇,不能說與其詩歌造詣沒有關係。

1983年在哈佛大學誕生了掀起全球教育改革浪潮的多元智能理論。其創始人霍華德·加德納教授說:「少年時代我曾是一個認真執著的鋼琴家,同時還熱情地投身其他藝術活動……因此我早期的學術目標,就是在心理學領域中為藝術尋找一席之地……如果沒有對藝術長期的興趣和研究,我是絕對不可能提出多元智能理論的。」

中國科學家的文學藝術修養也毫不遜色。除錢學森以外,地質力學的創始人李四光創作了中國第一首小提琴曲《行路難》,此曲曾由中國工程院院士袁隆平演奏,在中央電視台的節目中播出。大數學家華羅庚有60多首令人稱贊的詩歌作品發表並成集正式出版。

拉小提琴並不能造就科學家,僅僅接受藝術教育的人也不能催生科學真理。從錢學森、袁隆平、加德納、愛因斯坦和量子力學多位奠基人等科學家的創新理論、傑出貢獻、科學與藝術結合的人生以及他們的感悟中,我們可以看出這些科學家從小同時接受的科學教育和藝術教育,對於他們擁有驚人創造力所產生的影響,在他們取得重大成就中所起到的作用。

《中共中央關於全面深化改革若干重大問題的決定》要求:「改進美育教學,提高學生審美和人文素養。」因此各級各類學校對於藝術教育都應該給予足夠的重視,采用正確的方法,以提高學生鑑賞美、創造美的能力,發揮學生的想像力和創造力,培養具有創新精神的人才。

(作者 沈致隆 系北京工商大學原化學與環境工程學院化學系主任、教育部第四屆藝術教育委員會委員;見:《中國教育報》2018年07月05日第8版)

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