科学研究中的美学功能

康　蕾

提要我们通常所谓的自然科学是以追求客观严谨为基本原则，科学与美学看似没有联系，但在科学研究中，美学尤其有其一定的内在价值和作用。以地理学研究为例，美学在研究对象的选取和理论构建上都起着积极的作用。

关键词：科学；地球科学；美学；功能

中图分类号：C3文献标识码：A

“美学”是一个哲学范畴内的概念，看似与科学存在着很大的差异和距离。但在科研工作中，科学家们已经开始意识到自己的研究内容有着许多符合美学意义。很多科研成果和科学发现将艺术之美和科学之美联系起来，让人们渐渐认识到科学并不仅是繁琐的计算、枯燥的实验、冗长的资料，它还可以带来更多美的享受。正如《美与科学的革命》一书中所述“现代科学最引人注目的特征之一，就是许多科学家都相信他们的审美感觉能够引导他们达到真理。”地球科学作为一门古老而有富有活力的科学，其美学价值的体现，地理学家对科学之美的追求以及美学对于地球科学研究的影响将是本文着重讨论的内容。

一、对科学美学的理解和认识

科学美学是对自然之美和科学之美这两大类问题进行专门性研究的一门学问。科学美学作为一个新兴的学术研究方向，与传统美学相比，缺乏相应的研究成果作为积淀，也不如科技哲学的研究那样形成规模有相应的理论体系，但是其研究意义和价值并不能因此低估。所谓“天道崇美，人性好美”，对美的追求必将成为每一个科学家心中不可更改的信念。科学之所以有美的偏好是其本质特征所决定的。我们从降生的那一刻起就开始了对新事物的认识和学习，求知似乎成为自然人的一种本能。与此同时，我们对美的事物的喜好是与生俱来，从孩童时期起我们就喜欢美好和令人愉悦的事物，正如《科学与艺术》所述“审美和求知是人类自在的天性，与生俱来。当童年的人类睁开惊奇的眼睛面对世界之时，对知识的习得和对美的感受是同步的。”求知是科学研究的源头，审美与求知从一开始就有着密切的关系，似乎美学与科学也有着久远之前的联系。事实的确应该如此，只是社会分工的日益细化，让人们渐渐忽略了科学规律之中的审美要求。

科学美与艺术美有怎样的关系？首先两种美有一定的差异性，主要表现在：（1）艺术的目的是创造美学的对象；科学美体现在对客观存在的种种难题进行解释，以及对新事物的发现、发明与研究。（2）艺术美讲究感官性；科学美重视客观、严谨的逻辑美。（3）艺术美的产生有一定突然性，讲求灵感所带来的成果；科学美需要在长期的知识积累和科学不断进步的同时逐渐形成。（4）艺术美易于被人们所认识、欣赏和理解；科学美专业性强，又很抽象，不容易为人们接受。

两种美还有着密切的联系：（1）科学和艺术有着共同的基础，李政道曾解释，科学和艺术的共同基础是人类的创造力，他们追求的目标都是真理的普遍性。科学美和艺术美都是建立在人们认识自然、改造自然的过程不断发挥自身创造力而产生的。（2）科学和艺术有着共同的源头就是自然，科学美和艺术美的源头以及所追求的终极目标都是相同的。李政道也说过：“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、永恒性和富有意义。”（3）科学和艺术间还有着微妙的关联，艺术的不断创新、进步依赖于科学的进步，如音乐、美术都是在乐器、绘画工具等不断进步的同时拓展着自身研究领域，成就了很多著名篇章。对艺术美的鉴赏也需要知识的积累，具备了一定的鉴赏力才能真正认识艺术之美。科学家也需要具备审美判断力和艺术鉴赏力，这样可以避免经验主义带来的不良影响。

二、地球科学研究中的美学价值

地球科学是以地球为研究对象的综合性学科，具体包括地球系统，即大气圈、水圈、岩石圈、生物圈和日地空间的过程与变化及其相互作用。主要分支学科有：地理学、地质学、地球物理学、地球化学、大气科学、海洋科学等，其研究领域和时空范围都很广，几乎辐射到自然科学的各个领域，同时还涉及到社会科学的诸多研究。如大部分自然科学一样，地球科学研究中最基础也是最主要的两个部分就是研究对象的选取和学科理论的构建。

（一）研究对象选取的美学意义。从研究对象而言，地球本身就是一颗美丽的星球，从大气层到大洋底，从数亿年前到今天，无时无刻不在表达着其美的存在。地球哺育着生命，描绘着色彩，没有谁能说地球不是一个美的集合体。哥白尼在《天体运行论》开篇说：“在哺育人的天赋才智的多种多样的文化和艺术研究中，我认为首先应该用全部精力来研究那些与最美的事物有关的东西。”地球科学的研究对象就是这个美丽的星球，其研究的美学价值也就不言而喻了。

地球科学研究的美学价值还体现在科学家对美的发现和认识，推动了地球科学的革命和进步。科学革命的发生是科学家运用审美标准对理论进行估价的结果。无论事情怎样发展，从理性主义观点出发理解科学革命的关键就在于如何认识科学家的审美偏好。著名的科学家彭加勒也说过：“科学家研究自然，并非因为有用，而是因为喜欢它，之所以喜欢它，因为它是美的。如果自然不美，就不值得了解；如果自然不值得了解，生活也就毫无意义。当然，我在这里所说的美，不是给人感官和印象的美，也不是质地美和表现美。并非我小看那种美，完全不是，而是因为这种美与科学无关。我的意思是说那种比较深奥的美，这种美在于各部分的和谐秩序，并且可用纯粹的理智能够把握它。正是这种美使物体，也可以说使结构具有让我们感官满意的彩虹般的外表。”

选题是研究工作的第一步，没有好的选题就不会有优秀的研究成果。对于地球科学而言更是如此，这门学科综合性极强，选择一个出色的题目并不是一件易事。这时，需要运用一些美学的价值标准，一个符合科学美的事物是值得我们研究的，他会将我们引向成功。

（二）美学在地球科学理论构建中的功能。理论的构建对于任何一个学科而言都处于核心地位。是否拥有一套成熟、系统、健全的理论，决定了一门学科的存在和发展。如何构建一项成功的理论对于科学家而言就是终日思考的问题，成功的理论，一定符合科学美的内在要求，存在着相应的美学意义。同时，科学家的审美偏好对于一个理论的成功构建也是起着至关重要的作用。用詹姆斯·W·麦卡里斯特的话解释，“一般来说，科学家根据自然或实验进行归纳、建构理论。科学理论正确与否最终要通过检验，但是一个理论何以是这种形式而不是那种形式，科学家凭什么作出这种而不是那种选择？这里的确是有审美偏好的”。一个科学家不善于发现其所研究学科内在的逻辑之美，又如何构建出符合客观规律的理论呢？“由于科学理论的首要宗旨是发现自然中的和谐，所以我们能够一眼看出这些理论必定具有美学上的价值。一个科学理论成就的大小，事实上就在于它的美学价值。”

发现和认识科学及其理论之美是需要科学家提高自身的美学修养，对所研究的对象、内容和方法进行审美归纳。科学理论的美是抽象的，是符合某种自然规律的，不像艺术和生活中的美，可以直观地去认识和感受。科学理论的美需要在掌握科学规律之后，并从中得到收获相应的知识积累，加之自身的审美培养，才可以理解这种美。科学家在科研中所说的美是理论构造美，一种基于智力创造理性美和逻辑美。从简单的外在形式而言，多数科学家认为，一个好的科学理论要符合对称、和谐和简单的性质，这几乎成为构建科学理论的“美学”标准。从以往的成功经验和事例中，可见地球科学的诸多重要理论都是符合这一标准，有其美学内涵。如，克里斯泰勒的中心地模型，不仅有从高到低的等级体系，而且每个低一级中心地都按正六边形排列在高一级中心地周围。正六边形是典型的蜂房结构，是空间无缝拼结的最大正多边形，内接圆面积也最大；哈格斯特朗建立的时间地理学中棱柱形时空框，清晰地表明空间与时间的运动由三个方面所制约。

爱因斯坦认为，对一个理论的审美判断可以否决对该理论不利的经验判断，其助手也总结他的科学方法，是以渊博的物理学知识为基础，但本质上是美学和直觉。科学之美是来源于实践，研究科学美的一般规律对于指导科研活动有积极意义。地球科学的知识体系，包含了自然界丰富多样的事物和现象，在结构上又是有机的统一体，有着精密的秩序性。其理论的构建要符合美学规律的原则，在科学的思维指导下，才能实现主客观的统一，这样的理论才能经得起时间和实践的考验。

三、结语

地球科学的对象选取以及理论构建都要建立在对美的发觉和理解之上，所谓“天地有大美而不言”，天、地所代表的自然界是地球科学的主要研究对象，其不言之美是需要我们不断的实践和学习去努力发现的，同时这种美的存在和对它的理解也会指引研究工作。科学家在观察、研究自然的过程中所感受的美是不同的，正因为科学家们感受到了这样或那样的美才激发了科研热情。或许没有自然界存在的美，也许就不会有科研活动。彭加勒曾这样总结科学之美：科学美在于各个部分的和谐秩序，是纯理智能够把握的，正是这种美使物体，或是说结构具有让我们感官满意的彩绘一般的外表，如果没有科学美的支持，所产生科研结果是不完美的、模糊的、甚至倏忽即逝。这样的解释说明了科学中的美是一种理性的、深奥的，需要科学家在不断的科研活动中通过实施和经验的积累去把握的。这种美的发现不是人人都能感受到的，作为科学工作者需要发挥自身的想像力、理解力、逻辑思维能力和科研热情去发觉。对科学之美理解得越透彻，越能使科研工作取得成就。从科学史上不难发现，那些成就很高的科学家往往都是能够站在哲学的角度看待问题，运用美学的规律指引工作。从毕达哥拉斯学派对宇宙和谐的完美信仰到柏拉图、亚里士多德的天文学理论以及托勒密的宇宙论体系无不包含着对科学美的追求。在某种程度上，美学已经成为科学研究的动力。

（作者单位：陕西师范大学西北历史环境与经济社会发展研究中心）