當(dāng)繪畫(huà)體現(xiàn)科學(xué)方法

劉夕慶

古往今來(lái)，科學(xué)家都是運(yùn)用具體而充滿靈感以及通過(guò)巧妙設(shè)計(jì)的科學(xué)方法獲取科技成果的；無(wú)獨(dú)有偶，繪畫(huà)藝術(shù)家也會(huì)運(yùn)用不同畫(huà)種、材料和豐富的畫(huà)法達(dá)到表現(xiàn)最佳主題的目的。而當(dāng)繪畫(huà)體現(xiàn)不同科學(xué)方法的主題時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生如下有意義的科學(xué)故事……

知識(shí)鏈接

科學(xué)方法是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)和改造世界中所遵循或運(yùn)用的、符合科學(xué)一般原則的各種途徑和手段，包括在理論研究、應(yīng)用研究、開(kāi)發(fā)推廣等科學(xué)活動(dòng)過(guò)程中采用的思路、程序、技巧和模式等。它們是人們?yōu)楂@得科學(xué)認(rèn)識(shí)所采用的規(guī)則和手段系統(tǒng)。如果沒(méi)有具體科學(xué)方法的運(yùn)用，科技成果是不可能取得的。

繪畫(huà)與主體性科學(xué)方法

科學(xué)方法需要有鮮明的主體性，它體現(xiàn)在科學(xué)認(rèn)識(shí)主體（科學(xué)家或科研團(tuán)隊(duì)）的主動(dòng)性、創(chuàng)造性以及明顯的目的性方面。

1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃發(fā)現(xiàn)了星系到地球的距離與星系紅移之間的關(guān)系—星系退行的速率與星系距離的比值是一常數(shù)，兩者間存在著線性關(guān)系，這一關(guān)系后來(lái)被稱為哈勃定律。那么哈勃究竟是怎樣運(yùn)用主動(dòng)性、創(chuàng)造性確定了這一關(guān)系呢？

哈勃通過(guò)對(duì)已測(cè)得距離的幾十個(gè)星系數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，畫(huà)出一條直線圖像進(jìn)行分析并估算。為了確認(rèn)其估算性發(fā)現(xiàn)，他主動(dòng)且創(chuàng)造性地運(yùn)用了很多規(guī)則和技巧—其中之一就是，他把美國(guó)威爾遜山天文臺(tái)100英寸口徑望遠(yuǎn)鏡所拍的圖像與之前拍攝的仙女座星系的感光底片進(jìn)行了對(duì)比。當(dāng)時(shí)哈勃留下的圖片和手跡，清楚地展現(xiàn)了他在發(fā)現(xiàn)原先認(rèn)為的新星實(shí)際上是一顆變星時(shí)的激動(dòng)之情—他用“變星！”做了記號(hào)—此舉在科學(xué)方法上帶有明顯的目的性。

由此可見(jiàn)，哈勃把另一位美國(guó)天文學(xué)家沙普利開(kāi)創(chuàng)的距離測(cè)量方法發(fā)展成了一種精細(xì)的藝術(shù)—從1924年開(kāi)始測(cè)定星系的距離，到1929年哈勃宣布星系多普勒效應(yīng)的紅移往往隨距離的增加而增加。紅移-距離關(guān)系表明，距離越遠(yuǎn)的星系正以越來(lái)越快的速度遠(yuǎn)離我們。可以說(shuō)，哈勃定理催生了現(xiàn)代宇宙學(xué)，它告訴人們：我們的宇宙正在膨脹。

自牛頓以來(lái)的許多杰出科學(xué)家都想從根本上改變當(dāng)時(shí)科學(xué)研究中的思維方法，因此他們都逐步建立起了自己的宇宙觀—今天我們稱之為“牛頓宇宙”“愛(ài)因斯坦宇宙”的理論構(gòu)架就是其具體表現(xiàn)形式。而哈勃的科學(xué)方法為當(dāng)今“膨脹宇宙”的架構(gòu)筑立起了第一個(gè)“腳手架”。這些方法有時(shí)甚至比其科學(xué)理論本身更加引人入勝。

延伸閱讀

列奧謬爾是昆蟲(chóng)學(xué)的創(chuàng)建者之一，他就昆蟲(chóng)的生活周期和行為寫(xiě)過(guò)一部六卷本的綱要—采用的方法就是主動(dòng)對(duì)活體昆蟲(chóng)的習(xí)性進(jìn)行耐心、細(xì)致的觀察。在列奧謬爾的著作中，強(qiáng)調(diào)了要關(guān)注昆蟲(chóng)大類的區(qū)分，而不僅僅限于對(duì)個(gè)別物種細(xì)節(jié)描述的方法，這為后來(lái)林奈等人進(jìn)行物種分類系統(tǒng)的修訂打下了基礎(chǔ)。

繪畫(huà)與規(guī)律性科學(xué)方法

科學(xué)方法除了需要主體的主動(dòng)性、創(chuàng)造性以及明顯的目的性外，還要充分符合科學(xué)理論形成的規(guī)律性。具體地說(shuō)，它就是以合乎理論規(guī)律為主體的科學(xué)知識(shí)的程序化。

20世紀(jì)20年代初，愛(ài)因斯坦柏林書(shū)房的墻上掛有三幅肖像畫(huà)：牛頓、法拉第和麥克斯韋。因?yàn)樗嘈抛耘ｎD時(shí)代以來(lái)，人類在物理世界認(rèn)知上最偉大的變革源于法拉第的實(shí)驗(yàn)以及麥克斯韋對(duì)其提供的相應(yīng)理論解釋。麥克斯韋用一生的研究詮釋了為什么科學(xué)會(huì)被稱作“解決問(wèn)題的藝術(shù)方法”，突顯了在直覺(jué)基礎(chǔ)上的電磁實(shí)驗(yàn)方法和在聯(lián)想基礎(chǔ)上的電磁場(chǎng)方程推演方法的結(jié)合。“直覺(jué)”和“聯(lián)想”都是創(chuàng)新的基本要素，但它們需要充分合乎理論形成的規(guī)律性：力線、場(chǎng)、電磁波、光色……它們象征著從“力線與場(chǎng)”的角度考慮電磁學(xué)實(shí)驗(yàn)和理論的完美結(jié)合。

在此基礎(chǔ)上，麥克斯韋還預(yù)言了光是電磁波段的一小部分。這一預(yù)言于1887年在德國(guó)物理學(xué)家海因里?！ず掌澋碾姶挪▽?shí)驗(yàn)中得到證實(shí)。麥克斯韋對(duì)法拉第等人實(shí)驗(yàn)的一系列科學(xué)理論解釋（電磁學(xué)方程組）和對(duì)光的預(yù)言過(guò)程，都是以合乎理論規(guī)律為主體的科學(xué)知識(shí)的程序化。

延伸閱讀

1910年的一天，德國(guó)氣象學(xué)家魏格納臥病在床，無(wú)事可做，凝望著墻上的世界地圖發(fā)呆。突然，他發(fā)現(xiàn)南大西洋兩岸大陸的輪廓線非常相似，南美洲的東海岸和非洲的西海岸好像有一種凸凹的對(duì)應(yīng)關(guān)系—一邊凸出的部分正好是另一邊凹下的部分。他趕忙用紙板剪出地圖的形狀，果然幾乎能?chē)?yán)絲合縫地拼接到一塊。魏格納將這原先可能連成一片的特大陸地稱為“泛大陸”—后來(lái)由于地殼的運(yùn)動(dòng)才分離開(kāi)來(lái)。這就是“大陸漂移說(shuō)”和地球板塊動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)模型的雛形。為了論證這一學(xué)說(shuō)，魏格納堅(jiān)持了符合科學(xué)規(guī)律性的原則，至死都在走著科學(xué)知識(shí)要合乎規(guī)律性的程序化路程。

繪畫(huà)與保真性科學(xué)方法

科學(xué)方法不但需要鮮明的主體性與符合科學(xué)的規(guī)律性，還需要高度的保真性，即以觀察和實(shí)驗(yàn)以及它們與數(shù)學(xué)方法的有機(jī)結(jié)合對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行量的考察，保證所獲實(shí)驗(yàn)事實(shí)的客觀性和可靠性。在這方面，赫歇爾長(zhǎng)期觀察夜空并進(jìn)行計(jì)算的故事尤為突出。

出生在德國(guó)的威廉·赫歇爾是天王星的發(fā)現(xiàn)者。1757年，他作為一個(gè)音樂(lè)愛(ài)好者移居英格蘭，開(kāi)始業(yè)余從事天文研究。為此，他建造了觀測(cè)能力越來(lái)越強(qiáng)的天文望遠(yuǎn)鏡—這些望遠(yuǎn)鏡在當(dāng)時(shí)是最先進(jìn)的。1780年，他第一個(gè)通過(guò)計(jì)算天空不同方向星球數(shù)的方法，確定了銀河系是稍呈扁平狀的。之后，他又和妹妹開(kāi)始了一項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)20年的工作—共同研究出最全面的恒星和星團(tuán)列表，并通過(guò)比較亮度的方法估算出地球與恒星之間的相對(duì)距離。他把每一顆恒星的亮度同天狼星（最亮的恒星）進(jìn)行對(duì)比，然后以天狼星的距離作為參照物，計(jì)算出每一顆恒星的距離。這種方法一直被沿用到今天。

測(cè)量是保證所獲實(shí)驗(yàn)事實(shí)的客觀性和可靠性的最為有效的科學(xué)方法（如題圖）—近現(xiàn)代科學(xué)幾乎所有方面的發(fā)展都是以此為基礎(chǔ)的。在近代科學(xué)革命第一個(gè)高潮中誕生的偉大科學(xué)家牛頓就是其中的佼佼者—一個(gè)通過(guò)測(cè)量后的計(jì)算確保所獲實(shí)驗(yàn)事實(shí)的客觀性和可靠性的真正智者。

牛頓通過(guò)論證開(kāi)普勒行星運(yùn)動(dòng)定律與他的引力理論間的一致性，展示了地面物體與天體的運(yùn)動(dòng)都遵循著相同的自然定律；為太陽(yáng)中心說(shuō)提供了強(qiáng)有力的理論支持；在力學(xué)上，還闡明了動(dòng)量和角動(dòng)量守恒的原理，提出了牛頓運(yùn)動(dòng)定律，真正地推動(dòng)了一場(chǎng)由經(jīng)典力學(xué)統(tǒng)治的科學(xué)革命；在數(shù)學(xué)上，牛頓與萊布尼茲分享了發(fā)展出微積分學(xué)的榮譽(yù)，而他證明的廣義二項(xiàng)式定理和所提出的“牛頓法”，也對(duì)數(shù)學(xué)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。同時(shí)，在他的科學(xué)生涯中，光學(xué)研究也貫穿始終。一個(gè)對(duì)光色感興趣的學(xué)者（不論從事實(shí)驗(yàn)還是理論研究），一般都是既具科學(xué)嚴(yán)密性又有藝術(shù)直覺(jué)性的人。

應(yīng)該說(shuō)，牛頓的科學(xué)方法具有真正高度的保真性，是觀察和實(shí)驗(yàn)以及它們與數(shù)學(xué)方法有機(jī)結(jié)合的光輝典范。

簡(jiǎn)而言之，時(shí)代在不斷進(jìn)步，科學(xué)方法也日新月異，而繪畫(huà)技巧等藝術(shù)方法也在不斷地更新—現(xiàn)在人們不但能用計(jì)算機(jī)進(jìn)行繪畫(huà)，而且超大、超強(qiáng)的計(jì)算機(jī)還能模擬宇宙級(jí)別的結(jié)構(gòu)圖，解決那些靠人類自身的直接能力所解決不了的難題。愿有志的青年們創(chuàng)造出更新、更巧妙的科學(xué)方法，為人類的美好未來(lái)服務(wù)！

（責(zé)任編輯/岳萌）