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1、物理与艺术(Art&Physics),南京航空航天大学理学院,施大宁,http:/,一个成功的医生；试图回答女儿一个问题；花了十多年时间；写了一本送给外孙女的书。,课程背景,第一讲：科学与艺术第二讲：理性的滥觞第三讲：学会看风景第四讲：缪斯的使者第五讲：持久的革命第六讲：解放色彩曲第七讲：重构空间观第八讲：解剖时间谜第九讲：量子风云录第十讲：混沌鉴喻篇十一讲：宇宙与人文十二讲：科学艺术家,课程背景,第一讲 硬币的两面：物理与艺术,艺术与物理图像与语言人与自然物理简史艺术简史,一、艺术与物理的关系,就物理学充满真知灼见而言，它实在是艺术。玻姆（David Bohm 1917-1992）,艺术的目
2、的不是表达现象，而是追究现象之间的关联。丹纳（Hippolyte Adolphe Taine,1828-1893）,事实上如一个硬币的两面，科学和艺术源于人类活动最高尚的部分，都追求着深刻性、普遍性、永恒和富有意义。,李政道（T.D.Lee）,一、艺术与物理的关系,竹神萧萧问秋风，君影茫茫去何处！纪念秦惠筠女士,一、艺术与物理的关系,2001年5月，“科学与艺术”展览与研讨会在北京举行。2001年10月，“科学的挑战”报告会在人民大会堂举行。,艺术表现手段是图象和隐喻（images&metaphors）。（想象力与审美力）物理表现手段是数字和方程（numbers and equations）（
3、数学关系和实验特征）传统上说，艺术抒发情感；物理追求理性 所以，他们在表面上是对立的。,艺术 和 物理 共同点？不同点？,一、艺术与物理的关系,但是,两者均面对同一个自然，均是人类尝试认知真理的手段。,一、艺术与物理的关系,我们从何处来？我们是什么？我们往何处去？高更（Paul Gauguin，1897）,科学的基本问题：宇宙是怎样起源的？生命是怎样起源的？人类的未来会怎样？,艺术用创新的手法去唤起人们意识中情感的共鸣。情感越珍贵唤起越强烈反响越普遍艺术越优秀,科学对自然界的现象进行新的准确的抽象。自然越深奥抽象越简单应用越广泛科学越伟大,它们都是“在特定情绪下感受到的自然”,左拉（Emile
4、 Zola 1840-1902）,一、艺术与物理的关系,尽管自然现象的本身 并不依赖于科学家的存在但对自然现象的抽象和总结 属于人类创造的成果 这和艺术家的创造是同样的,共同基础：人类的创造力,二、图像与语言,成人:文字取代图像。(逐渐制约人的创造力),儿童:图像先于文字,始于对未知形像的理解；终于对其概念的语言定义。（比如：婴儿在知道“奶瓶”这个词之前先认知奶瓶的图像。）,人类进步决定于掌握探索自然奥秘的新方法的能力（比如：哥白尼，牛顿，爱因斯坦）,在追求真理和美的活动中，要永远保持孩子般的好奇心。爱因斯坦（Albert Einstein 1879-1955）,我不知道世人对我怎么看，但我自
5、认只像是一个在海滨嬉戏的孩子，不时地为比别人找到一块更光滑的卵石或一只更美丽的贝壳而欢愉，而我面前浩瀚的真理海洋，却还完全是个谜。牛顿（Isaac Newton 1642-1727）,牛顿和爱因斯坦都曾无独有偶地回忆起，在他们探索自然真理的时候，表现出行为就是孩子们的观点、好奇心和想象力。,二、图像与语言,“我的智力发展得比较晚，结果直到长成之后我才开始对空间和时间感到好奇和疑惑，而这些东西在孩提时就应该已经想过了。”,“想象力比知识更重要”,“如果和光一起跑，我将看到什么？”,爱因斯坦语录：,二、图像与语言,想象是重要的.谁最具有想象力?艺术家对自然世界的全新感知和理解来自何方？来自前卫性的
6、艺术前卫的艺术是人们对自然世界全新感知和理解的前奏对科学知识几乎无知的前卫艺术家的作品中经常预知了以后被科学家所揭示的自然规律或科学理论。科学的进步也不断地激发艺术家的创作灵感.人类思想与自然规律的共鸣。,为了学习某种新生事物，我们首先需要想象它,二、图像与语言,二、图像与语言,空间,体积,质量,密度,力,色彩,压力.艺术与物理有共同的追求.艺术物理,高雅,对称,唯美,艺术和物理都是表达自然和情感的形式，虽各有独特的语言，但有些词语是通用的。,科学家表现宇宙真实存在的艺术家 以人性之浪漫情怀拥抱宇宙之道,艺术家表现情感真实存在的科学家 按宇宙之道表达人性之浪漫情怀,二、图像与语言,费因曼（Fe
7、ynman 19181988）思想最空灵潇洒的物理学家“费因曼图”形象与抽象、图像与方程、艺术家与科学家结合之典例。,生子当如“费因曼”,D.N.Shi et.al,Physical Review B 58，12478，1998.,一个玩物理的人.一个杰出的教育家,最好的大学物理教材.一个表演艺术家.一个在Topless酒吧做物理的诺贝尔奖获得者 一个开锁专家.一个空前绝后的卡片机操作员.一个特别会算积分的非数学家.一个特别会捉弄数学家的狡辩者.最后的辉煌 永远的传奇,We love you,Dick.,二、图像与语言,Seminar at Caltech,Richard Feynman le
8、cturing at Caltech Seminar Day 1978 Physics.,二、图像与语言,二、图像与语言,通天塔 彼得勃鲁盖尔（P.Brueghel,1525-1569）,语言人类主宰世界的钥匙,庞杂、庄严、神秘、美丽,忙碌、幻想、讨论、合作,三、人与自然,我们如何了解这个世界?世界的“本体”（reality）是什么?,笛卡尔(Rene Descartes 1596-1650),内部世界/外部世界,柏拉图的洞穴,理念世界/经验世界,三、人与自然,康德(Immanuel Kant 1724-1804)强化柏拉图的哲学观；本体世界/经验世界对外部世界的感知进行加工时，人的心理的确起
9、着一定的作用；对事物本质的认识常因我们脑中已有的心理现象的影响而产生偏差,画家与模特儿毕加索（Pablo Picasso 1932）,“世界上根本没有什么艺术，只有艺术家”贡布里希（E.H.Gombrich,1909-1993),艺术殿堂=主观 物理世界=客观 经典物理学是对自然规律的客观描述（物体的运动和受力）随着量子时代（20世纪）物理学变得主观化？经典物理的疑难紫外灾难；光电效应.光是什么？,1905,爱因斯坦指出光或可具有波动性，或可具有粒子性（either like a wave or like a particle）.,1926,玻尔修正这个观点，指出光既具有波动性，又具有粒子性（
10、both a particle and a wave-depending on how it is observed.）,三、人与自然,干涉,明暗相间的干涉条纹,光,干涉实验,观察者（人）影响着实验结果,光是波,三、人与自然,光电效应实验,光是粒子,所有粒子都兼有波粒二象性 决定于人的主观测量,1924年，法国物理学家德布罗意指出：,三、人与自然,“把世界分为主观和客观、内心和外在、肉体和灵魂，这种常用的分法已经不再适用”；“自然科学不是简单地描述和解释自然，它乃是自然和我们人类之间相互作用的一个组成部分。”海森伯（Werner Heisenberg 1901-1976）,“在存在的这出伟大戏
11、剧中，我们既是演员又是观众”玻尔（Niels Bohr，1885-1962）,“观察活动不是被动的反映，而是探照灯式的主动行为”波普尔（K.Popper,1902-1994）,三、人与自然,人类意识与宇宙存在联系否？主观与客观联系否？,犹太法典,God:“If it wasnt for me,you wouldnt exist.”,Abraham(after some thought):“Yes,Lord,and for that I am very appreciative and grateful.However,if it wasnt for me,You wouldnt be know
12、n.”,“主与亚伯拉罕（希伯来人的始祖）的对话”,三、人与自然,庄子中有一段“庄周梦蝶”的故事：,宇宙学的人择原理：我们之所以看到宇宙是这个样子，是因为如果它不是这个样子，我们就不会在这里观察它。,王涛（当代）,三、人与自然,生存的宇宙和人类自然居住环境决定了我们的审美情趣。艺术不完全是对学习和教养的主观反应，也有外在自然的表现。,“科学无不幻想，而艺术也无不真实。纳博科夫（V.Nabokov，小说家，1899-1977）,艺术作品中既有内在情感的回声，也有外在自然的表现.,三、人与自然,“人们总想以最适当的方式来画出一幅简化的和易领悟的世界图像；于是他就试图用他的某种世界体系来代替经验的世界
13、并来征服它。这就是画家、诗人、哲学家和物理学家所做的，他们都按自己的方式去做。各人都把世界体系极其构成作为他的感情生活的支点，以便由此找到他在个人经验的狭小范围内所不能找到的安静和安宁。”,三、人与自然,三、人与自然,企图去认识尚未被人类语言所定义的未知事物,前卫性的艺术革命性物理学,哥白尼的日心说乔托的透视画法爱因斯坦相对论毕加索立体主义,物理和艺术发展史上最大的创新：,经典物理学的基础：绝对时空,古典美术的经久范式：透视原理,经典物理与艺术绝对时空,三、人与自然,三、人与自然,阿维农少女（毕加索，Pablo Picasso,1907）,“我画本我所思，而非所视！”毕加索,“想象力比知识更重
14、要”爱因斯坦,现代物理与艺术相对时空,四、物理简史,细看物理愁如海，遥想朋从眼欲花。逆水雨儿冲断岸，贪泥燕子堕危沙。百年乔木参天上，一昔平芜着处佳。行乐不妨随邂逅，我无官守似蚳蛙。陈傅良（宋,1137-1203）,一片花飞减却春，风飘万点正愁人。且看欲尽花经眼，莫厌伤多酒入唇。江上小堂巢翡翠，苑边高冢卧麒麟。细推物理须行乐，何用浮名绊此身。杜甫(唐，712-770),四、物理简史,什么是物理学？,为什么要学习物理学？,物理学是最基础的关于自然的学问，因此是最具有诗意的科学。霍金（S.Hawking,1942-),物理学是人类理解自然的最普适语言,哲学与社会对话物理与自然对话艺术与自我对话,理解
15、宇宙,四、物理简史,科学研究方法。,经典的力学，电磁图像,相对论，量子论,四、物理简史,江山代有才人出，各领风骚一百年。,五、绘画简史,绘画的历史：,乔托，1267,远古之谜,1400,马萨乔，1401,1600,春的故事,达芬奇，1452,米开朗琪罗，1475,拉斐尔，1483,波提切利，1444,弗朗切斯卡，1410,卡拉瓦乔，1573,提香，1488,1850,百花齐放,文艺复兴,巴罗克艺术，古典主义和浪漫主义,委拉斯贵支，1599,伦勃朗，1606,维米尔，1632,透纳，1775,德拉克洛瓦，1798,大卫，1748,马奈，1832,1850,莫奈，1840,1900,日出印象,修拉
16、，1859,凡高，1853,高更，1848,塞尚，1839,雷诺阿，1841,马蒂斯，1869,德加，1839,2000,现代艺术,印象派，新印象派，后印象派,野兽派，立体派，未来派，超现实派,毕加索，1881,杜尚，1887,达利，1904,马格里特，1898,波洛克，1912,契里柯，1888,毕沙罗，1830,康定斯基，1866,五、绘画简史,五、绘画简史,1543,天体运行论,1632,两个体系对话,1687,原理,1873,电磁通论,1905,动体电动力学,五、绘画简史,1400,1600,1850,1900,远古之谜,春的故事,百花齐放,日出印象,现代艺术,观察自然,描绘自然,思考
17、自然,乔托,1266 1337,达芬奇,14521519,马奈,18321883,哥白尼,1473 1543,牛顿,1642 1727,爱因斯坦,1879 1955,五、绘画简史,乔托,1266 1337,达芬奇,14521519,马奈,18321883,哥白尼,1473 1543,牛顿,1642 1727,爱因斯坦,1879 1955,五、绘画简史,六、艺术与物理,Art and physics as parallel pathways to knowledge,Man,Reality,尽管艺术家和科学家很少彼此关注对方的工作，但艺术经常预期科学真理的发展，反之亦然。,毕加索和爱因斯坦从未谋面，对彼此的工作也互无兴趣，但他们对人类生存的时间与空间结构具有相同的认识和理解。,六、艺术与物理,六、艺术与物理,现代物理学 空间,时间,能量,物质,客观世界的框架,客观世界的表现,共同的媒介=光,空间时间 光,艺术与物理的共同主题,六、艺术与物理,“科学、宗教与艺术是一个金字塔的三面，当人们站在塔的不同侧面的底部时，他们之间相距很远，但当他们爬到塔的高处时，他们之间的距离就近多了。”萨顿(G.Sarton,1884-1956，历史学家，科学史的奠基人）,六、艺术与物理,
