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“天地有大美而不言，四时有明法而不议，万物有成理而不说，圣人者，原天地之美而达万物之理。”（《庄子·知北游》）
我国哲人在两千多年前就把“原天地之美”和“达万物之理”并举为圣人的两大使命。用今天的语言表述，前者研究美，归于美学领域，后者研究真理，则归于科学领域，两者都为人类文化宝库创造了斑驳灿烂的财富。
西方早期的哲人也留下相仿的记录。绵延两个世纪的毕达哥拉斯学派，不少人都热心研究天文学、数学和物理学，追求“达万物之理”。他们在观察研究中发现，天体间存在着数学比例关系，构成了宇宙和谐之美。他们从音乐、建筑等艺术的审美效应上也注意到同样的比例和谐：“如果乐器的音调定得太高，我们就减弱张力，这样就减少了振动降低了音高。由此可见，音调是由一些必定通过数的比例彼此关联起来的部分组成的。”〔1 〕这些“原天地之美”的活动与庄子同属于一个历史时代，虽然各处西方和东方，却表现出人类文化发展的一些共同特色。关于音乐与数理科学关系的这种见解，在历史长河中不断传出回声。直到本世纪三十年代，从爱因斯坦的言论中还可听到这种回声：“这个世界可以由音乐的音符组成，也可以由数学的公式组成。”“音乐和物理学领域的研究工作在起源上是不同的，可是它们互相补充着。”〔2〕
如果说美学与科学在其童稚时代曾有过青梅竹马的关系，随后的两千年间就各说各的话，各走各的路了。美学长期留在哲学门下，寄情于务虚思辨，科学则志在四方，务实求精，做出一番番惊天动地的事业。
随着科学的分科日益精细化，它与美学的关系也就日益疏远隔离，受到有识之士的关注。德国物理学家赫尔姆霍兹（1821——1884）在其力作《乐感理论》中说：“本书的宗旨在于联结两种科学的边界，两方虽然出于多种天然的亲缘而相互接近，却迄今依然各不相谋——我说的一方是物理音响学和生理音响学的边界，另一方是音乐科学和美学的边界……近期以来，物理学和哲学、艺术的分野日益隔离，结果是，其间任何一种学科的目的、所用的方法和语言，对于其余学科的研究都都显得困难重重。这可能也是一个主要原因，说明本书探讨的问题，长期以来都未受到比较彻底的考虑，没有提出来逐步加以解决。”〔3 〕事实也果真如此，他的《乐感理论》（1863 ）和《生理光学》（1856 ——1866）考察论证了人类视听感官对声色之美的感受机制，至今仍是这一科学领域的奠基性经典著作。特别是《乐感理论》，问世后不断受到达尔文、汉斯里克等人的援引和推崇。〔4〕达尔文在1859 年发表震惊世界的《物种起源》，以翔实丰富的材料论证了优胜劣汰，自然选择的进化原理。人们注意到，书中也以科学求实的精神提出了一些尚待解决的问题，如声色美感问题：“最简单的美感，就是说对于某种色彩、声音或形状所得的快感，最初怎样在人类及低等动物的心理中发展的呢？实在是一个很难解的问题。”〔5 〕不好说赫尔姆霍茨在达尔文的巨著问世四五年后陆续发表的两部专著，就是致力于回答上述的问题；却可以说，在科学精神深入人心的十九世纪，美学问题受到科学家们的关注是美学之大幸。达尔文在提出美感难题二十年后发表的《人类的由来》中，详细论述了动物世界在性选择中展示声色之美的有趣材料，于是将当初的“自然选择”理论修订成“性选择”理论，将新著题名为《人类的由来及性选择》。
美学与科学的关系，是两个知识体系间相互影响彼此促进的关系，分别来说，就是科学中的美学和美学中的科学。两者归属不同的知识领域，也就表现出不同的特色和形态。
科学中的美学，主要表现为科学理论发现和科学创造性思维中的审美特色，表现为数学形式的美感在建构科学理论中的启示作用和规范意义。英国物理学家狄拉克（1902—1984）的理论成就硕果累累，他总结自己的经验认为，如果一种新的物理定律表现在数学形式上还不美，那就说明该定律在理论上还不成熟，还要改进。他认为数学形式之美有时比一两次实验与某种理论相一致更为重要。因为理论与实践相符往往和某些细节相关，而数学形式之美则与普遍的自然规律相关。自然规律很可能因那些细节的存在而呈现不出纯粹的形态。他认为，爱因斯坦的广义相对论只有两三个实验事实可以判定其正确性，然而对它在数学形式上的美，却完全可以依靠数理思维加以正确判断。因此，爱因斯坦的理论之所以受到广泛推崇，与其说因为它正确，还不如说是由于它具有一种伟大的美，一种巨大的数学形式美。〔6 〕许多自然定理的科学表述和论证，往往都借助于各类公式和图表，公式是抽象符号的数学关系，完全没有什么感性形象，有的科学图表如高分子化合物的结构式和生物基因的双螺旋结构图等，其间的形象因素也是一种抽象的图解，完全不同于生活形态的直观形象。这些定理公式和图表所包含的科学美，是一种深层的理性美，需要相当的理解力和推理活动才能接受，就不容易见出普遍认同的审美经验和美学特征。值得注意的是，随着科学理论与技术开发、生产工艺的结合发展，特别是电脑与音象技术的日新月异，影视广播的美妙天地和艺术世界不断融进了变幻无穷的科技之美，构成了亿万大众日常文化生活不可或缺的组成部分，可以预料，科技美学将成为当代美学的重要课题。
美学中的科学是一个尚待探讨的课题，它使我们看到，美学由于不断向相关科学结缘而日益扩大了研究领域，充满勃勃生机。西方美学发展到黑格尔的《美学》，就理论体系的完备而言已是登峰造极，后继者老是围着“美的本质”问题兜圈子，路子越来越窄。这与当时科学实验和科技开发方面翻天覆地的变化（细胞学说、电磁场理论、能量守恒理论、发电机制造、铁路铺轨等）形成了鲜明的反差。在这个大时代背景下，科学的发展不断将触须伸向美学领域。科学家们并没有纠缠在“美是什么”这类思辨题目里，他们感兴趣的是事实数据和观察实验。于是，如上所述，首先受到关注的就是实实在在的美感经验问题。特别是其中的乐感、色感和人类近亲的动物美感问题。由此形成的契机导致了美学发展的大转折，即由思辨务虚为主流转向以实验务实为主流，由研究美的本质为主题转向研究美感经验审美文化为主题。格罗塞在评论旧美学的衰落时说：“狭义的艺术哲学的种种尝试，向来差不多都是希图和某种思辨的哲学体系直接联结的，那些尝试一时固然随着哲学多少得了些承认，但是过了不久，就又和哲学一同没落了……如果我们以严格的科学标准评价，我们不得不承认它们遇到那样命运是活该。我们固然不惜赞赏它们的光怪陆离，可是我们不能因此就疏于审察，这些摇摇欲堕的体系缺乏充分的事实做基础，也没有任何保障可传之久远。黑格尔派和赫尔巴特派的艺术哲学，现在都只有历史意义了。”〔7 〕这些话可能偏激些，当时却具有广泛代表性。
赫尔姆霍兹在《乐感理论》第三章中论述了不同和弦的愉悦性、音阶的构成和曲调的一些基本规律，他第一个揭示出，作为音乐特质的音色决定于泛音的频率。在小提琴和钢琴上奏出的基音虽然相同，而音色的差异却明显可见。其原因在于，每种乐器发出的不仅是某个基音，同时还夹进了比基音的振速更快的泛音。他根据自己的理论设计制造出对各种频率十分敏感的玻璃球谐振器，通过变换泛音强度的方法，可以产生每种乐器的音色，甚至可以发出某个人的声音，由此也就证实了他的谐振理论。他在美学上主张，艺术家与客观世界的关系，不是抄录自然，而应当是翻译自然解释自然。这位物理学家多年致力于沟涌美学与视听生理学、声色科学间的隔阂，为后来者开辟了道路。
与此同时，另一位德国人则从另一侧面深入美领域展开实验研究，开拓了美学视野，以实验美学著称于世，他就是来比锡大学任职物理学教授六十年的费希纳（1801—1887）。他以物理学家严谨的定量观试验人类感觉的可测性。在他涉足美学的十余年（1865—1876）间，以其敏锐的洞察力和科学实验方法促成了西方美学的重大转折。费希纳的美学活动是由黑格尔学派美学家蔡辛引发的。蔡辛从1854年起连续发表《人体比例新论》和《美学研究》，宣称黄金分割就是长期寻求的那个美的比例关系。他广泛地从绘画、雕塑、建筑中找出黄金分割，断定它是解开自然美和艺术美中秘奥的万能钥匙，还进一步企图证明黄金分割是人类和动植物形态的结构原则。这些武断的论点引起费希纳的注意，他本着务实求真的科学精神，对蔡辛所举的《西斯廷圣母》和“拉斐尔的其余作品进行了测算，结果发现其间的比率从100：112 一步步升到了100：231（黄金分割比率为100：162）。他看出了， 往往很难知道要用什么截割法去测量才好。”〔8〕到了这一步， 人们大都会对蔡辛的理论漠然弃之，费希纳则不然，蔡辛的失误使他认识到，只有用科学实验的方法才能有说眼力地显示出，黄金分割究竟有多少内在的审美价值。费希纳长期从事测试各种刺激与感觉反应间数据关系的实验，于是他在五年后发表了《实验美学》的演说（1871），将自己专长的心理物理学的实验方法广泛应用于美感研究。在继续不断地实验研究中，他取得了丰富的数据记录，他对这些实验数据加以条分缕析，总结出了十三条美感原理， 写进他的传世之作《美学导论》（1876）。
《美学导论》在《序言》里宣称，过去的美学都是由形而上学的基本命题出发，用演绎法向美学领域推论，这种“自上而下”的美学貌似完备却华而不实，缺乏充分的事实基础。他主张用科学实验方法获取充分的事实数据，用归纳法总结成一般性原理，走“自下而上”的研究道路。“自上而下”的评论揭示了旧美学的病根，“自下而上”的口号也表述了科学理论的基本精神，这就使《美学导论》象一面旗帜飘扬在美学上空，标志着一场方法革命观念革命展开了，标志着美学走向科学的大转折时期到来了。
费希纳最负盛名的实验是用白纸板做成面积为64cm[2]却长宽不一的十种方形递从1：1的正方形递增到5：2的长方形，将这些纸板散放在黑桌布上，由应试者指出自己偏爱的和反感的纸板形。所选应试者都出身有教养阶级，却不问其艺术修养如何，在多年试验中参加男性228人， 女性119人。实验结果显示，从3：2到23：13 这个区域集中了大多数男女的偏爱，其间的高峰就在34：21这个纸形上，这正是黄金分割所在之处。费希纳把这场实验的尺度设置为“偏爱”（perferrence ）与否以解释美感经验，显然并不准确，加以应试者代表性偏窄等缺点，实验结果自然受到不少非议。尽管如此，在对黄金分割的肯定上就分明表现出，他的实验比起蔡辛的形而上学更有说服力，由此也强烈地对比出科学实验方法对旧美学的优越性。
于是人们看到，从十九世纪中叶以降，除了实验美学蓬勃发展外，与美学沾边的科学都先后打开旗号介入美学领域，特别是内涵深广的心理学和社会学更是不断涌现出各种学说学派，使美学园地百家争鸣，蔚为壮观。当然，许多科学家包括赫尔姆霍兹和费希纳，都是沿着自己的科研方向客串地涉猎到美感之类的美学领域。在美学界，应用科学方法科学思想分析审美经验解释艺术史问题而构成系统理论者，首推法国艺术评论家丹纳。
丹纳在《艺术哲学》（1865—1869）中开宗明义把美学比作实用植物学：“科学同情各种艺术形式和各种艺术流派，对完全相反的形式和流派一视同仁，把它们看做人类精神的不同的表现，认为形式与派别越多越相反，人类的精神面貌就表现得越多越新颖。植物学用同样的兴趣时而研究桔树和棕树，时而研究松树和桦树；美学的态度也一样，美学本身便是一种实用植物学，不过对象不是植物，而是人的作品。因此，美学跟着目前科学与自然科学日益接近的潮流前进。”〔9 〕丹纳把自己的美学称为“实用植物学”也并非哗众取宠的矫饰之词，仔细考察他的美学理论基石的三大原则——种族、环境、时代，就使人感到与植物栽培中的品种、土壤气候、季节有某些对应关系。在对艺术家及艺术品的分析中，都使人联想到，他的理论明显地受过植物学的强烈启示。对于当时的艺术理论家和美学家而言，向自然科学攀亲结缘正是时代的风尚，连尼采也主张美学就是实用生理学。
美学发展到当代水平，已成为一个多侧面多层次的动态知识结构，其领域和许多分类科学存在着错综交叉的关系，不明白这些关系也就很难说清楚美学的基本面貌。大致说来，美学与相关科学的紧密关系表现在下列几方面：
1、 外物的状况及变化与人类审美经验的关系最早为人们注意和研究，《乐记》在战国时代就指出“人心之动，物使之然也。感于物而动，故形于声。”另一方面，艺术家的审美体验和情感世界，通过创作活动又转化为物质形态的艺术品，反过来又不断影响人们的审美趣味和精神世界。可见审美感受的起点和艺术创造的终点都落在客观的物质世界，研究物质世界的声音、颜色、形状、线条的数学物理学就自然首先与美学发生交叉关系，赫尔姆霍兹和费希纳就是代表这种关系的物理学家数学家。
2、考察游戏活动与审美活动的内在联系， 研究人类感官结构与审美功能的关系，是艺术起源论与审美发生论的中心课题，这就构成美学与生物学、生理学的密切关系。这方面的代表性学者有达尔文、斯宾塞、格兰特·阿伦和格鲁斯。
3、实验美学打开了美学通向心理学的大门， 由此不断涌现出三个方面的研究热流；一是承费希纳的余绪以威特麦、布洛、瓦伦坦等为代表的审美实验心理学；二是围绕审美知觉的心理活动规律不断出现的各派学说，如以小费肖尔、格鲁斯为代表的移情说和以韦特海默尔、安海姆为代表的格式塔学派等；三是有关艺术创作机制的学派如弗洛伊德的心理分析论等；这些学说和流派都先后各领风骚活跃一时。
4、审美活动从微观着眼是人类个体的生命现象心理现象， 从宏观上看则是人类集体的社会现象和意识形态。前者涉及上述各门科学，后者则涉及不少社会科学如社会学、经济学、民族学和文化人类学，这方面的代表有丹纳、普列汉诺夫、格罗塞等。
5、人类的审美活动和艺术表现都是通过语言、 符号这类载体进行的，符号、语言及其含义间的复杂关系构成了美学研究又一广阔的科学领域、罗兰·巴特、苏珊·朗格可称为这方面的代表。
在科学思想科学方法的不断渗透冲击下，美学已走出学院派大院成为开放性的领域，它不断接受科学创见和时代思潮的启示和惠顾以扩大研究的广度和深度。二战后，流变频繁的某些西方理论，多以论点新奇时兴取胜而缺乏充分可核的事实数据作基础，往往时来则兴，时去则废，难言真正的科学性，对美学的影响也很有限。另一方面，也有不少领域有待开拓，如脑科学和思维科学等，其间的重大发现都势必改写人们对审美真相的认识，美学对这类科学理论是永远开放的。
人们也注意到，美学在不断与科学结缘的过程中，也不时流露出还原主义倾向。其显著特点就是把复杂微妙的审美现象简单化，还原成单纯的心理现象加以解释，或者还原成简单的生理现象生物现象加以类比，或者干脆还原成物理学上机械运动的力学模式加以解释。不可否认，自十七世纪产业革命以来，从蒸汽机时代、电力时代直到今天电脑时代，社会物质生产和物质生活无不受惠于物理科技日新月异的伟大成就。物理科学的一般原理和基本方法日益深入人心，日益渗透到一切文化领域，物理学语言逐渐成了权威语言以至科学的标准。不可否认，某些物理学中说明的现象，如惯性现象等，在无机界和有机界，在植物界和动物界，甚至在人类的生理活动、心理活动乃至审美文化方面都普遍存在。一定的审美趣味和艺术风格总是顽强地支配着人们的审美习惯，然而人类的审美文化又总是在新与旧的矛盾冲突中向前发展的；审美活动也和艺术创造一样，最看重的是不断创新，最不断前进，最忌讳的就是因循守旧，就是惯性中的陈词旧套。
从某些美学经典著作中，也时常透露出还原主义的消息。丹纳的《艺术哲学》力倡艺术作品的根底在社会状况和时代风尚，艺术家的创造离不开流派群体的风格特色，这在破除艺术创造神秘论上功不可设。然而他应用植物学方法把艺术看成种子，把艺术品成在特定土壤气候下开出的花朵，却分明地把艺术创作简单化草木化了。他称自己的艺术理论对种族、环境、时代的效应分析“不过是一个力学问题”，更是将千资百态各具个性的艺术创作还原成毫无灵气的机械产品了。其他如弗洛伊德的著作在解释创作秘奥上说明了潜意识的重要作用。受到了普遍的认同，理论贡献应当肯定。可是他把“力必多”作为人类心灵世界和艺术活动的根本动因，也同样是把问题简单化了，把思想情感世界美妙结晶的审美创造还原成与动物世界相仿佛的性动力行为了。
我国学术界在美学讨论中也出现过类似的记录。个别学者征引热力学第二定律作为自己论点的科学佐证，引出了不少争论，争论中有人坚持说：“一切审美现象，都无不具有生命的意味。事实上审美的能力本身就是一种高度增强了的生命力。所以为了了解美，必须了解生命。为了了解生命，必须了解死亡，必须了解熵。这就是我们强调把熵定律应用于美学研究的理由。”〔10〕这里通过简单的逻辑推理强调研究生命是美学的重大课题，通过一再重复“为了……必须”的使命语气层层递进地把美学的任务还原成生物学生理学中的生死问题，最后再还原成物理学中的热力学第二定律。这对于纯哲理思辨可能有一定启示，但要把物理世界的某条定律套到美学领域去切实解决问题就有嫌轻飘了。这类情况国外学者也有所注意有所论述：“在社会科学家涉足的领域——宏观行为领域和内心体验领域——热力学第二定律就不再适用了……设想一下专门用来在特定地方集中“热”或“冷”的成千上万的火炉和冰箱吧！（还有人们在闷热的天气里放入饮料中的冰块呢！）这同热力学第二定律所说的情况截然相反。人类的宏观行为是反熵的，在这个领域中，热力学第二定律不起作用，内心体验领域也是如此。”〔11〕谁都会同意生物界是由物质世界演化派生出的，物理学某些原理如杠杆原理浮力原理都可解释生物的一些活动；却不能简单地把生物学研究还原到遵守物理学原理，想用能量守恒原理去解释动物生长中的细胞分裂现象就无能为力。物理世界对审美活动具有某些制约规范作用，却不可说，物理学的某些定律可以指导以至包办某些美学研究。更不可说，美学必须还原到遵守物理学的某条定律。物理还原主义是人类认识的后退，是科学的后退，而不是前进。
科学与美学之间相互渗透彼此补充是有益的，替代包办是徒劳的，结果总是科学包办不了美学，美学也替代不了科学。歌德与牛顿的例子给后世留下不少启示。歌德曾醉心于研究光与色彩学，自认为他的传世之作不在诗歌，而在这种研究。他花了十五年时间写成了一部一千四百余页的《色彩学》，不少论点与牛顿针锋相对。牛顿的《光学》（1704）通过棱镜实验把一束入射的白光分解成彩虹一样的彩色光带，由此说明白光是由红、橙、黄、绿、蓝、青、紫七种色光组成的。歌德的主张恰恰相反，认为白光是中心本源，一切颜色都是在光与暗交互作用中产生的。云朵遮暗了阳光，就形成了晚霞的各种色彩，平时的云朵在天光的背影上就呈现出灰色外观。在牛顿的《光学》中，许多论证全仗实验的测算和数学公式的推演。歌德的著作虽也不乏简单的试验（他设计的色彩园形图，任一直经两端的色彩都成补色），而基本内容均为经验的描述，当时受到科学界的冷落完全可以想见。
值得注意的是，由于歌德的《色彩学》总结了他艺术生涯中对色彩的观察和审美感受，处处从艺术家精微的真知灼见落笔，在美学界艺术界都受到相当支持。黑格尔在他的美学讲义中就支持他的观点说：“光受到暗的侵入而变暗，而暗也受到光的渗透和照明，颜色这个原素就是这样产生的……把光看成是由不同颜色，即不同程度的昏暗化所合成的那种看法是错误的。”〔12〕往后的美学家不少人都相沿在自己美学中发挥一些色彩理论，其中如夏斯勒等人与黑格尔相仿佛。“对歌德的（颜色）理论加以维护， 又在歌德理论的基础上建立自己的理论。 ”〔13〕《色彩学》共分三部，第一部在论述和谐色时说：“如果往后可以从音乐中借用“曲调”一词，或者勿宁说“调性”一词，以应用于绘画，那么在和谐色上就会比到目前为止的成就更上一层楼。”〔14〕可以看出，歌德的色彩理论虽然没有严密的论证和系统结构，多是一些零散的观察体验随笔，却能够亲切地道出审美观照和艺术欣赏中精微的真谛。他时常从人的心理感受上描述色彩，认为红黄色“造成一种温暖和欢愉的感觉”，开暖色说之先河，这从物理学上是无法证明的，却受到普遍的认可。
牛顿的光学理论由于设计望远镜成功而受到科学界公认，对另一方则可借用当代权威物理学家海森堡的话说：“歌德的色彩理论为我们构筑了一种和谐的秩序，在这种秩序中，就连最微小的细节都具有生命的内容，并囊括了色彩的客观的和主观的整个表现领域。”〔15〕即是说，《色彩学》是一部客观真实主观亲切充满审美经验谈的著作。由于歌德的色彩论在五分之一的篇幅以牛顿的挑战者的姿态出现，就很容易造成一种误会，象黑格尔那样认为如果支持一方势必反对另一方。历史证明双方并无这种势不两立的关系，而是各有各的兴趣中心，也各有各的事实根据，谁也替代不了谁。也许由此可以得到某种启示：美学与科学的关系，既不能用一方包办替代另一方，也不可用一方否定另一方。从历史上考察，两者是相互补充彼此促进的关系，走的是一条协调发展的道路。展望新世纪，这道路会越走越宽阔。
注释：
〔1〕吉尔伯特、库恩，《美学史》第18页上海版。
〔2〕《爱因斯坦文集》第1卷第281页，北京版。
〔3〕赫尔姆霍茨《乐感理论·序言》英译本，伦敦版。
〔4〕参阅汉斯里克《论音乐之美》第71页，北京版。
达尔文《人类的由来》第687页，科学出版社译本。北京版。
〔5〕达尔文《物理起源》第126页。北京版。
〔6〕参阅徐纪敏《科学美学思想史》第11章，长沙版。
〔7〕格罗塞《艺术的起源》第2—3页，北京版。
〔8〕钱德勒（A.Chandler）《美与人性》第34页，纽约版。
〔9〕丹纳《艺术哲学》第11页，北京版。
〔10〕《文学评论》1988年第1期第84页。
〔11〕〔15〕勒赛、 马格瑙《爱因斯坦的空间与梵高的天空》第193页、251页，北京版。
〔12〕黑格尔《美学》第3册上册第236页，北京版。
〔13〕鲍桑葵《美学史》第531页，北京版。
〔14〕《歌德自然科学著作选集》俄译本第337页，莫斯科版。