牛顿的美学思想与科学贡献，本文主要内容关键词为：美学论文,贡献论文,思想论文,科学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
牛顿是近代自然科学之泰斗，完成了自然科学的第一次大综合，建立了影响深远的经典力学体系，在科学史上具有划时代的意义。其巨大影响可用英国诗人蒲柏（A.Pope，1688～1744）的名言来描述：“自然与自然规律/为黑暗隐蔽，/上帝说，让牛顿来！/一发遂臻光明。”不过，从牛顿的《自然哲学之数学原理》（以下简称《原理》）可以看出，牛顿对自然科学的巨大贡献，植根于他的简单与对称、和谐与统一的美学思想。本文就分析牛顿的美学思想对其科学贡献的巨大影响。
1 简单与对称
牛顿在《原理》第三编的“哲学中的推理法则”开头写道：“除那些真实而已足够说明其现象者外，不必去寻求自然界事物的其他原因”；“自然界不做无用之事，只要少做一点就成了，做多了却是无用；因为自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因以夸耀自己”。这充分体现了牛顿的简单性的美学思想。
1.1物体的科学抽象——质点模型
面对着纷纭复杂的自然界，当研究以物体的空间位置的变化为基本特征的机械运动时，怎样才能把握住运动物体的基本特征，从而把物体运动的普遍规律用最直接、最简单的方式表达出来，这是一个既依赖于经验事实，又取决于思维创造的问题。牛顿从简单性出发，把客观物体科学抽象为“质点”。他把质点设想为不计形状、大小、空间方位和一切内部性质的物体，而只留下物体的质量、惯性和可移动性等一些基本属性。于是，物体的客观实在就被模拟化。在牛顿的经典力学体系中，自然界的物理实在是由质点、空间和力（质点间的相互作用）等概念来表达的。这样，牛顿找到了对自然界统一性的简化的科学表述。无论是地上物体还是巨大的天体，均可以用一个不计几何大小，只有质量的“质点”来表示。物体之间的空间位置关系就变成了简单的纯几何关系，即牛顿的经典力学体系被简化为一个无限的质点系，物体之间的空间关系顿然清晰可辨；物体的运动被看作质点在空间中的位置变动，这充分显示了牛顿删繁就简的简单性的美学思想。
1.2简单美、数学美与逻辑美的结晶——《原理》
简单性的美学思想，不仅指导着牛顿对自然界的探索，也指引着他对《原理》自身的建构。牛顿只从四条法则、八个原始定义、三条定律出发，便演绎出一个完整优美的经典力学体系。另外，在牛顿的《原理》中，数学美与逻辑美相得益彰。凡读过《原理》的人，无不为他严谨而精巧的数学论证和简单优美的数学方程所倾倒。当你从牛顿的严密推证中得知，整个宇宙的秩序竟然是由万有引力定律的简单公式所统制地，在惊诧之余必定会对公式的简单而深远的统一美赞口不绝。牛顿不仅仅把经验事实和所定义的概念翻译成数学语言，也不限于把概念之间的关系或定律表达为一定的数学关系，而是从物理现象中寻找宇宙结构的“数学和谐”，创造出反映自然界因果性的完美的表达形式和严密的数学结构。著名科学史家贝尔纳说过：“牛顿的工作，本身就是一个世纪的实验和计算的精华，提供了一种可靠的方法，让后代的科学家可以放心使用。同时，它再度向科学家和非科学家同样保证，宇宙是由简单的数学定律所调节的……就数学而论，只可以拿欧几里得的《几何原本》来与它（《原理》）相比”。《原理》的出现，标志着牛顿经典力学体系的建立。
1.3大自然对称美的诗篇——七色光谱
“对称是美的化身”，对称性的美学思想曾深刻影响了牛顿对光与颜色的研究。
牛顿关于光与颜色的实验研究是在1665～1675年间进行的。牛顿在最初的白光分光实验里看见的是五种颜色：红、黄、绿、蓝、紫。牛顿接着对光谱带中五种颜色的比例精细地进行了研究发现，尽管颜色之间的分界线“缩成一条线”，但每种颜色最明亮的地方并不正好在这种颜色的正中央。各种颜色中最亮部分互相排挤，压向光谱带中央，以至在光谱带两侧， 黄色与红色之间的间隔比绿色与黄色之间的间隔大了约1/3。同样，蓝色与紫色之间的间隔比绿色与蓝色之间的间隔也大了约1/3。因此，要使分划开的光谱图像的各个成分彼此匀称， 合适做法是承认在五种主要的颜色之外还有两种颜色，即红色与黄色之间的橙色，以及蓝色与紫色之间的靛色。这样处理之后，光谱带两端的颜色就不会由于太宽而显得多余，每种颜色都与绿色的份量匀称一致。牛顿认为，七种颜色“更美，更匀称”，而且比原先的五种颜色“更具有纯洁的对称性”。牛顿为什么不把绿色与黄色的分界线也认定为一种独立的颜色？为什么不把颜色的数目定为八种？原来，牛顿把光与音乐相类比，乐音有七个音阶，光谱有七种颜色。牛顿说：“在把颜色散开以后，我再次作了观察，发现每种颜色正好出现在它相应的位置上，匀称地排成分列的一串，仿佛构成声乐中的一个个音阶”。
可见，牛顿从白光分光实验得到色散光谱——一条连续分布的颜色带。他从感觉出发认定光谱带有五种颜色，对称性的美学思想使牛顿给五色光谱带添上两种颜色。他认为七色光谱“更优美、更匀称”，“有更精巧的对称性”。
2 和谐与统一
“美在于和谐，和谐在于对立统一”。（赫拉克利特语）
牛顿在《原理》中指出：“对于自然界中同一类结果，必须尽可能归之于同一种原因”。“物体的属性，凡既不能增强也不能减弱者，又为我们实验所能及的范围内的一切物体所具有者，就应视为所有物体的普遍属性”。这充分体现了牛顿和谐与统一的美学思想。
2.1质点间的相互作用——力
实验观测使牛顿清楚地认识到，自然界之所以成为自然界，是因为世界万物不是孤立的，它们都处于相互影响、相互作用之中，任何物体运动状态的改变都是受到其他物体作用的结果。他认识到这种相互作用的普遍性，并把这一种隐藏于千差万别的各种运动形态背后的统一的基本原因定义为“力”。于是，牛顿用“力”把纷纭复杂的机械运动统一起来，最终为人类描绘出第一幅统一的自然图景，并使人们认识到自然界内在的合谐与统一是由各种自然力编织而成的美丽花环。
2.2质点运动的规律——运动三定律和万有引力定律
既然自然界的实在性用“质点”统一了起来，并把质点置于空间和时间之中。而质点间的相互作用又由“力”统一起来，那么质点的运动符合什么统一的规律呢？牛顿正是在和谐与统一的美学思想指引下，取得了他在力学研究中最辉煌的成就：建立了运动三定律和万有引力定律。运动三定律是牛顿以实验观测为基础，从众多杂乱的物理现象中理出和谐，从而对宏观低速物体作出的统一描述或解释。爱因斯坦指出：“正是这种运动定律和引力定律的结合构成了一个奇妙的思想结构，通过这种结构，就有可能根据在一特定瞬间所得到的体系的状态，计算出它在过去和未来的状态，只要一切事件只限于在引力的影响下发生的”。这样，正是牛顿将哥白尼的观点、开普勒定律、伽利略的研究成果融汇一体，总结出了万有引力定律，并将天上和地上的机械运动完美地统一了起来，才找到了使行星沿轨道运动的“真实而足够”的同一种原因——万有引力，从而给“17世纪两大问题”之一“什么力使行星保持在轨道上运动”，作出了简单而圆满的答案。另外，牛顿终生所信奉的和谐与比例的统一原理，还和他的音乐素养息息相关。并深受音乐艺术的启迪。因为“音乐形象”所追求的是音阶的对称美，正是“音乐形象”所赋予牛顿的寻求宇宙布局和谐与比例合度的科学联想力，致使牛顿把行星绕日，月球绕地，物体落地等表面上毫不相干的现象联系起来，并运用精确的数学方法对其作了定量的描述，从而创立了揭示各种物体在各自的轨道上，按一定的规律，统一和谐运动的万有引力定律。
2.3真、善、美的统一
英国诗人济慈（J.Keats 1795～1821）在《希腊古瓮曲》中曾以诗歌的形式提出了“美就是真，真就是美”的命题。著名物理学家爱因斯坦在分析自己科学感受时说：“照亮我的道路，并不断给我新的勇气去愉快地正视生活的理想，是善，是美和真”。牛顿经典力学的科学美的最大特点是真、善、美的统一。如，牛顿关于引力系数G 是一个常数的预言和证实；哈雷慧星的如期出现；天王星和海王星的相继发现；以及牛顿经典力学对此后工业革命的巨大推动和对科学发展的巨大贡献，都是对牛顿经典力学体系“真”和“善”的历史见证。证明了它是17世纪真、善、美统一的美学思想的结晶。
总之，牛顿的巨大科学贡献离不开他的美学思想的指导。牛顿经典力学是科学美的典范。学习牛顿经典力学，我们能感受到理论美、公式美、数学美、逻辑美和实验美。正如科学史家丹皮尔评论所言：“牛顿赋予世界画面惊人的秩序与和谐所给我们美感上的满足，超过凭藉任何天真的常识和亚里士多德派范畴的谬误概念或诗人们的神秘想象所见到的、万花筒式混乱的世界”。这是对牛顿经典力学所蕴含的美学思想及其美学价值恰如其份的评价。