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科学的美学 精选

已有 10596 次阅读 2018-8-21 00:04 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦| 美学, 维藤, 塞尚, 马蒂斯, 毕加索

 

说起美学,除了人美风景美,人们通常会想到文学,音乐或者美术。比如唐诗宋词,比如巴赫柴科夫斯基,比如拉斐尔达芬奇。但是对很多科学家来说,科学也是美学的一个重要殿堂。甚至像我这样的科学爱好者,对科学美的体验,也觉得可以与音乐和美术相比拟。虽然一般读科学书籍的时候并没有像听音乐看名画那样有直观的美感,品赏起来也会吃力,但有时所感到的美学震撼与音乐美术比起来同样有力,甚至超越。


比如说,1923到1924年,法国物理学家德布罗意忽发奇想,既然光有波粒二相性,光既是波又是粒子,那么电子,作为粒子,也许也有波动性啊,所有物质都是有波动性的吧!这个想法,一下子就把物质从“没有精神的物质”提升到“有精神的物质”,从此,波动,频率,信息,就是物质的一个组成部分了。那个公式,是简单的:


德布罗意是个法国贵族,看起来有点像个法国画家呢!


然而他不是,他是用这样的想法给我们揭示了自然的舞动,自然的波动美。



很多人,并不知道自己的波动性,因为我们尺度太大了,所以波长太小,感觉测量不出来,但是在我们的全身,都是舞动的粒子啊。当然,也有人这样的感慨:



科学这样的美,不是每个人都可以体会到,毕竟,人类的美学概念也是在逐步认识。按维基:


美学概念的词语来源于希臘語:aisthetikos,最初的意义是“对感观的感受”。由德国哲学家鲍姆嘉通(亚力山大·葛特列·鲍姆嘉通)首次使用的。他的《美学》一书的出版标志了美学做为一门独立学科的产生。


直到19世纪,美学在传统古典艺术的概念中通常被被定义为研究“美”(德語:Schönheit)的学说。现代哲学将美学定义为认识艺术,科学,设计和哲学中认知感觉的理论和哲学。一个客体的美学价值并不是简单的被定义为“美”和“醜”,而是去认识客体的类型和本质。


就是在美术界,对什么是美也是不断的变化。我举个例子,那就是从塞尚,马蒂斯,毕加索,开始的几何美。




这些几何图像,仿佛在说,以前的客观的美,是物质一种美,但物质的轮廓,结构,也是一种美。


当然,到了康定斯基,则是系统化的寻找物质中的灵魂美:


康定斯基在《蓝骑士年鉴》发表的文章和同年撰写的论文《论艺术的精神》几乎在同一时期问世,对抽象艺术来说既是卫护,又是推进。文中还论证了所有形式的艺术都具有到达某种精神高度的同等能力。他相信在绘画中,色彩可以作为一种自主的东西,游离于物体或者任何其它形态的视觉描述而独成一体。另外,他还有一部名为《点、线、面》的艺术理论著作。



同样几何也是现代物理里最为重要的一部分,



三位荣获2016年诺贝尔奖物理学奖的科学家分别为:戴维·索利斯,邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨,以表彰他们在理论上发现了物质的拓扑相变和拓扑相上的贡献。


说到物理的美,我要说一下普林斯顿大学的威滕教授。


当代最伟大的物理学家之一是爱德华·威滕(英语:Edward Witten,姓氏亦译为维腾、维敦或惠滕,1951年8月26日-),美国犹太裔数学物理学家、菲尔兹奖得主,也是普林斯顿高等研究院教授。他是弦理论和量子场论的顶尖专家,创立了M理论。爱德华·威滕被视为当代最伟大的物理学家之一,他的一些同行甚至认为他是爱因斯坦的后继者之一[1]。国际数学联盟于1990年授予他菲尔兹奖,是数学界的最高荣誉,相当于数学界的诺贝尔奖。爱德华·威滕也是唯一获得这项荣誉的物理学家。


威滕对理论物理学做出广泛的贡献,也促进大量重要的数学进展。他已经出版超过350部著作,主要是量子场论、弦理论、拓扑和几何形状的相关领域。威滕被他的同行们广泛认为是20世纪最重要的理论物理学家之一。虽然在某些方面很难将他的深刻贡献加以归类,威滕于物理方面的贡献侧重于超对称,于数学方面则是拓扑结构



听维藤教授关于拓扑几何的理论演讲,理解拓扑在物理学上的应用,是一种美的享受。他自己也乐在其中。在2014年,他得到了日本的京都奖(这只是他得到的奖项之中的一个),记者访问他时,他说:


我们大多数人都很熟悉音乐的美,室外景色的美。如果你不是一个数学,物理或者相关领域的工作者,你可能不太容易去理解所谓方程美的概念,但是这些方程所描述的现代物理,如爱因斯坦的广义相对论和量子力学方程,具有一种强烈的内在美和和谐,让研究他们的人赏识品味,也让他们产生一种对物理的激情。 


Most of us are familiar with the beauty of music or maybe the beauty of an outdoor scene. If you don’t work in math or physics or some related field, it might be a little hard to understand the concept of the beauty of an equation, but the equations that describe modern physics, like Einstein’s equation of general relativity or the equations of quantum mechanics, have a very intense inner beauty and harmony which is well appreciated by anyone who has studied them and this beauty is one of the things that gives a physicist the passion for physics.


说到这种美,说到这个京都奖,无独有偶,另一位获奖者也说过类似的话。这个人与我所做的金融工程有关,因为我们研究的是随机过程,和随机微分方程。我讲过这个:


从1850到1950年, 数学里的随机分析有了很长足的发展。 从历史的角度看, 这段历史就如同一场世界大战史。 法国和俄国实力最强, 他们每个国家都拥有一个兵团的数学家在这里攻城掠地。 然而日本这个后起之秀, 就象日俄战争时那样,出人意料的从俄国人那里夺到了那颗皇冠上的明珠。几乎可以说,日本人只有一个人参与了这个战斗。



这个日本人叫伊藤清。今天随机分析也经常被称为伊藤积分。要问伊藤积分有什么重要性, 我们可以这样说:自然界的现象或者是确定性的,或者是不确定性的。如果说牛顿积分是我们解释确定性现象的工具,那么伊藤积分就是我们解释不确定性现象的工具。当然我们先不考虑量子力学和爱因斯坦的理论,以及混沌学等等。


我觉得很多数学家之所以能埋头研究那些抽象的东西,是因为他们把那些东西看作是音乐。伊藤就是这样的一个人。他在1998年接受京都奖的时候说到:


“正如人们能够被美妙的音乐和气势恢弘的建筑所感动一样, 数学家能够被精确建立起来的数学结构里的美所震撼。 但这里有一个很大的不同: 莫扎特音乐的感染力和科隆大教堂的震撼力你即使不懂音乐理论或者基督教也能感受到。 而数学结构里的美如果你不懂那些传递逻辑信息的数学公式就不可能享受到。 只有数学家能够看得懂数学公式里的"乐谱", 只有他们能够在心里弹奏这些"乐章"。 所以我曾想, 如果没有这些数学公式, 我就不可能把我心中甜美的音乐和其他数学家一起分享。”


“随机微分方程, 有人称为"伊藤公式", 现在已经被用在很多领域里来描述随着时间波动的随机现象. 当我刚刚在文章里把这些公式写出来的时候, 没有多少人注意它们。 大约在十年之后, 其他数学家才开始读我的"乐谱", 并用他们的"乐器"来演奏我的"音乐"。 他们的研究进一步丰富了这种"伊藤音乐"。 近些年, 我发现我的"音乐"已经走出数学而在很多领域里出现, 这是我始料不及的. 这些回音不仅使一些实用的领域收益, 也使数学多了又一层抽象之美。 利用京都奖发奖仪式这个机会, 请让我衷心感谢我的前辈, 是他们不断的鼓励, 让我还在"未完成曲"的阶段, 能够听到那些细微的声音从而坚持下去。”


今天我们在现代金融理论里的主要工具,就是伊藤积分。



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