美學(xué)原理論:
科學(xué)美來(lái)源于自然美，但它不是指大自然的美的景色，而是指潛藏在感性美之后的理性美，并為理智所能領(lǐng)悟的自然界內(nèi)在結(jié)構(gòu)所顯示的和諧、秩序、簡(jiǎn)單、統(tǒng)一的美，是審美者通過(guò)理解、想象、邏輯思維所體驗(yàn)到的美?？茖W(xué)美是中小學(xué)生審美素質(zhì)教育的重要組成部分之一。
科學(xué)美感是指具有科學(xué)美的事物作用于審美者。在其內(nèi)心世界激起歡樂(lè)和愉悅等特殊心理感受。
在科學(xué)認(rèn)識(shí)和探討中能喚起科學(xué)美感，這對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，是不言而喻的。法國(guó)數(shù)學(xué)家彭加勒說(shuō)：“科學(xué)家研究自然，并非因?yàn)檫@樣做有用處。他所以研究它，是因?yàn)樗麖闹心艿玫綐?lè)趣。他所以能得到樂(lè)趣，那是因?yàn)樗馈?span lang="EN-US">”愛(ài)因斯坦在分析自己科學(xué)感受時(shí)說(shuō)：“照亮我的道路，并不斷給我新的勇氣去愉快地正視生活的理想，是善、是美和真。”
科學(xué)美的客觀存在是毋庸置疑的，科學(xué)家大都有科學(xué)美的審美感受。因此，科學(xué)學(xué)習(xí)就不但是一種科學(xué)認(rèn)知活動(dòng)，也是一種審美感知過(guò)程。如果在科學(xué)學(xué)習(xí)中，能把求知和審美結(jié)合起來(lái)，以美求知就會(huì)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，減輕學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，增長(zhǎng)才干，獲得提高學(xué)習(xí)效率的效果。
科學(xué)美又稱科學(xué)理論美，包括科學(xué)實(shí)驗(yàn)美。自然科學(xué)是研究自然界的客觀規(guī)律的，科學(xué)理論是客觀物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的反映和總結(jié)。因此，了解科學(xué)美還要從科學(xué)與美的聯(lián)系和人在科學(xué)認(rèn)識(shí)活動(dòng)中產(chǎn)生美感兩個(gè)方面去理解。
科學(xué)理論是科學(xué)家的頭腦對(duì)自然界內(nèi)容美的反映?？茖W(xué)理論的發(fā)現(xiàn)過(guò)程，就是科學(xué)家對(duì)自然界的內(nèi)容美的審美感受過(guò)程。科學(xué)美是客觀存在的，正如現(xiàn)代物理學(xué)家揚(yáng)振寧教授所說(shuō)：“科學(xué)中存在美，所有科學(xué)家都有這種感受。”科學(xué)家一旦創(chuàng)造性地發(fā)現(xiàn)了自然界的內(nèi)在規(guī)律，理解了自然界內(nèi)在結(jié)構(gòu)的驚人的秩序性、統(tǒng)一性與和諧性，這種有機(jī)統(tǒng)一的自然圖景同審美者對(duì)自然對(duì)科學(xué)的熱愛(ài)之情達(dá)到情景交融時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生科學(xué)美感。正如科學(xué)家巴斯德所說(shuō)：“當(dāng)你終于確實(shí)明白了某件事物時(shí)，你所感到的快樂(lè)是人類所能感到的一種最大的快樂(lè)。”這種快樂(lè)就是指科學(xué)美感。從這個(gè)意義上說(shuō)，一個(gè)學(xué)生經(jīng)過(guò)刻苦地學(xué)習(xí)實(shí)踐，從而掌握科學(xué)知識(shí)和規(guī)律，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)興趣，這其中就體現(xiàn)了科學(xué)美。
前面我們已經(jīng)對(duì)各學(xué)科的科學(xué)美內(nèi)容及現(xiàn)代科學(xué)家對(duì)科學(xué)美的體驗(yàn)和論述，可以把科學(xué)美的基本特征歸納為以和諧、簡(jiǎn)單、對(duì)稱和新奇為標(biāo)志的4個(gè)方面。
①科學(xué)美的和諧方面。
美學(xué)家大都主張美是和諧?？茖W(xué)理論美是自然中存在的和諧在人們意識(shí)中的反映。它指的是理論內(nèi)在和諧結(jié)構(gòu)和外在和諧功能兩個(gè)方面的有機(jī)統(tǒng)一。前者是說(shuō)理論的“邏輯結(jié)構(gòu)合理勻稱”，使概念清晰明白，簡(jiǎn)潔優(yōu)美；后者表現(xiàn)為能正確反映客觀世界，符合觀察實(shí)驗(yàn)事實(shí)及其他正確理論的檢驗(yàn)。如物質(zhì)守恒定律、能量守恒定律等，這些理論本身是協(xié)調(diào)一致的，同時(shí)與各個(gè)學(xué)科都有廣泛的聯(lián)系。凡是一種理論，它的普遍適應(yīng)性越廣，它的審美坐標(biāo)就越高。
自然界的長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程表明，它本質(zhì)上是最優(yōu)化的，最和諧、均衡、統(tǒng)一的。凡是能表達(dá)自然這種內(nèi)在特征的理論都具有和諧美。例如，解析幾何的美學(xué)價(jià)值在于它把代數(shù)、幾何和邏輯學(xué)有機(jī)地統(tǒng)一起來(lái)；牛頓力學(xué)的美學(xué)價(jià)值在于它把宏觀運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來(lái)；元素周期律把物質(zhì)世界的元素井然有序地統(tǒng)一起來(lái)；生物進(jìn)化論則把幾百萬(wàn)種的生物起源統(tǒng)一起來(lái)。
和諧是指事物的各部分配合得當(dāng)，協(xié)調(diào)一致，均衡舒暢，多樣性統(tǒng)一?？茖W(xué)理論能否反映自然這種和諧，是其美學(xué)價(jià)值重要標(biāo)準(zhǔn)之一。
②科學(xué)美的簡(jiǎn)單方面。
愛(ài)因斯坦認(rèn)為，評(píng)價(jià)一個(gè)理論美不美，標(biāo)準(zhǔn)是原理上的簡(jiǎn)單性。這里的簡(jiǎn)單性是指科學(xué)理論、定理、公式的簡(jiǎn)單形式與其深廣內(nèi)涵的統(tǒng)一。這兩個(gè)方面必須聯(lián)系起來(lái)去理解，就是說(shuō)，要從盡可能少的假設(shè)或公理出發(fā)，通過(guò)邏輯演繹概括盡可能多的經(jīng)驗(yàn)事實(shí)。因?yàn)椋?span lang="EN-US">“理論的前提簡(jiǎn)單性越大，它所涉及的事物種類就越多，它的應(yīng)用范圍就越廣，給人們的美感就越深”。要注意的是，這里的簡(jiǎn)單性不是指學(xué)習(xí)這種理論時(shí)產(chǎn)生的困難最少，而是指理論賴以建立的獨(dú)立的假設(shè)或公式最少。例如，愛(ài)因斯坦的質(zhì)能關(guān)系式E＝mc2深刻地揭示了自然界微觀、宏觀、宇觀無(wú)數(shù)質(zhì)能變化的規(guī)律，但形式卻十分簡(jiǎn)潔，具有很烈的審美價(jià)值。我國(guó)出版紀(jì)念愛(ài)因斯坦的郵票上，印上了這個(gè)簡(jiǎn)潔的公式，它代表這位偉大的科學(xué)家對(duì)人類貢獻(xiàn)的精華。
③科學(xué)美的對(duì)稱方面。
科學(xué)理論的對(duì)稱性來(lái)源于自然界物質(zhì)形態(tài)及其運(yùn)動(dòng)圖景所具有的廣泛對(duì)稱性。凱庫(kù)勒的苯分子結(jié)構(gòu)理論之所以美，不僅因?yàn)樗c實(shí)驗(yàn)事實(shí)相符合，也因?yàn)樗扇‰p軸對(duì)稱的幾何圖形，給人以美的魅力。自然界的原子、分子以及生物結(jié)構(gòu)都具有這種對(duì)稱美。這種均衡、穩(wěn)定給人以美感。因此，凡能反映自然這一特征的理論也是美的，如平衡理論、對(duì)稱理論、對(duì)偶理論、穩(wěn)定理論都有較高的審美價(jià)值?？茖W(xué)理論中，對(duì)稱性的美學(xué)意境，引起很多科學(xué)家心馳神往。如空間對(duì)稱、時(shí)間對(duì)稱、性狀對(duì)稱、守恒對(duì)稱（各種守恒定律）等，一旦被發(fā)現(xiàn)，常令科學(xué)家因窺到自然奇異美麗的內(nèi)部而興奮不已。生物學(xué)上的遺傳與變異，同化與異化；化學(xué)上的合成與分解，氧化與還原；物理上的電場(chǎng)與磁場(chǎng)，波粒二相性，負(fù)電子與正電子等都是因有很美的對(duì)稱形式而受到欣賞。數(shù)學(xué)上，一個(gè)完美命題的充分條件和必要條件，就是這一命題的對(duì)稱美。為了數(shù)學(xué)的發(fā)展，許多數(shù)學(xué)家為追求命題的對(duì)稱美而耗盡畢業(yè)生的精力。
④科學(xué)美的新奇方面。
培根說(shuō)：“沒(méi)有一個(gè)極美的東西不是在勻稱中有關(guān)某種奇異。”科學(xué)理論美的新奇特征來(lái)源于科學(xué)思想的獨(dú)創(chuàng)性和科學(xué)方法的新穎。富有獨(dú)創(chuàng)性，是科學(xué)理論生命力的所在，也是審美價(jià)值的所在。新奇與和諧是對(duì)立統(tǒng)一的，新奇的內(nèi)容必須具備和諧性才能顯示出科學(xué)理論的新奇美。
科學(xué)理論在原則上是向人們提供關(guān)于自然界的新知識(shí)。如果科學(xué)理論闡明了人類知識(shí)背景所沒(méi)有的知識(shí)，提出了人們意料之外的科學(xué)假說(shuō)，并能在前人可靠的科學(xué)成果基礎(chǔ)上獲得新穎的成就，這種重大的新奇理論將導(dǎo)致科學(xué)的革命，將推動(dòng)科學(xué)向更高一級(jí)發(fā)展，這種理論的審美價(jià)值就更大。愛(ài)因斯坦的相對(duì)論規(guī)律就是這種新奇美的典型。
新奇之所以被看作是科學(xué)美的重要特征，因?yàn)樗w現(xiàn)了科學(xué)理論發(fā)現(xiàn)中的藝術(shù)因素。新奇的科學(xué)思想可以在觀察或?qū)嶒?yàn)中啟發(fā)和萌發(fā)，但在本質(zhì)上是創(chuàng)造思維的結(jié)晶，單純的觀察實(shí)驗(yàn)無(wú)論積累多少資料，都無(wú)法直接地、必然地導(dǎo)出獨(dú)創(chuàng)性的思想來(lái)。如生物學(xué)史上，18世紀(jì)的生物學(xué)家林奈，用畢生精力從事生物考察和分類工作，積累了大量有關(guān)生物性狀的材料，卻得到一個(gè)物種不變的結(jié)論。而19世紀(jì)的達(dá)爾文在考察了不同生物性狀和環(huán)境的關(guān)系，產(chǎn)生了科學(xué)的生物進(jìn)化論的思想。在化學(xué)史上，同樣進(jìn)行的氧化——還原反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)英國(guó)化學(xué)家普里斯特來(lái)說(shuō)，是反觀察的結(jié)果用來(lái)修補(bǔ)陳舊的燃素說(shuō)；而法國(guó)拉瓦錫從實(shí)驗(yàn)中卻悟出了氧化學(xué)說(shuō)的新理論。
總之，科學(xué)美是以和諧、簡(jiǎn)單、對(duì)稱和新奇為其主要特征的，而和諧簡(jiǎn)單是科學(xué)美的最基本的因素。
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