科学与艺术的简洁美（作者：张宏梁）

诚然，科学和艺术都有非常复杂的东西（复杂也可能给艺术作品带来复杂美，如湖北随州曾侯乙墓出土的建鼓蟠龙底座，数条龙复杂缠绕，而且是青铜浇注，国内外参观者惊叹这是一件伟大的艺术精品。湖北雕塑专家经过一个多月的研究、模拟，才做成石膏模型），但科学和艺术的基本单元、基本元素应该是简单、简洁、简约的（以下“简洁”与“简约”、“简单”为同一概念）。从美学的要求来看，科学和艺术都崇尚简洁。简洁美是科学美与艺术美的一个基本特征，也可以说是科学美与艺术美的一个基本标准。



自然科学有三个标准：逻辑标准、经验标准（或叫实践标准）、美学标准。所谓“美学标准”，即一个科学理论要符合和谐、巧妙、简洁、统一、完美、对称、守恒、雅致等方面的要求。辩证逻辑认为，“具体”和“抽象”总是相对的，相比较而言的，而且无论是具体和抽象都是有层级性的，谈到科学标准，例如“简洁”这种标准，又比“美学标准”具体了一步。



《易传·系辞》说：“易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦。”宇宙的变化从无到有，从混沌到清晰，从简单到复杂，构建出有声有色有光且又常新不绝的世界。简单、简洁，是科学思维的一个逻辑的起点。当黑格尔谈到“从来造成困难的总是思维”时，后面有个说明：“因为思维把一个对象的实际上联结在一起的各个环节彼此分开来考察。”列宁在一旁批道：“对！”还解释说：“如果不把不间断的东西割断，不使活生生的东西简单化、粗糙化、不加以割碎，不使之僵化，那末我们就不能想象、表达、测量、描述运动。思维对运动的描述，总是粗糙化、僵化。不仅思维是这样，而且感觉也是这样；不仅对运动是这样，而且对任何概念也都是这样。”[1]人类的思维常常遵循从简单到复杂又从复杂到简单这样无限循环又螺旋上升的过程。



随着对自然界考察得越深，科学家越发现，在大自然复杂的表象下，隐藏着本质的简单。科技的发展，使得人们越来越认识到：物质构造与运动形式常常采取最简单的方式——粒子（原子）复合组成物质，光沿着直线播射，行星或抛物体则沿着最平常的曲线（圆、椭圆、抛物线）运动。既然物质世界深层的固有结果具有简洁、巧妙的特点，描述其奥妙的科学，利用其价值的技术和反映其形象的美学就必然显示出简洁的特征。牛顿早就主张把简单美作为衡量科学研究成果的一种标志。简单、简洁、简约，并不是低标准的要求，而恰恰是高标准的要求。用复杂的设计来构造复杂的现象、用复杂的手段来解决复杂的行为，并不是理想的；而用简单来表现复杂，用几条规律或法则，用几种力、一些基本粒子的相互作用，来说明复杂的事物，以最简约的形式，涵盖尽可能多的内容，那就符合理想的目标。但这却很不容易。在生产领域，用最简练、轻巧的样式来代替复杂的、呆笨的样式，更非易事。诸如手机的发明及简约，就包含了四项诺贝尔物理奖。“傻瓜照相机”、“傻瓜印刷机”的命名为什么都冠以“傻瓜”这个“贬称谓”，就是说，连傻瓜都能操作，你说还不简单吗？



科学的简洁性，又可具体分为本源的简洁性、客观的简洁性、直觉的简洁性、数学形式的简洁性、分析和归纳的简洁性、内部结构的简洁性等等。在抽象的数学世界中，简洁性和优雅性的要求几乎是压倒一切的。例如，取得普遍的久远的统治优势的十进制，其简洁性和优美性就十分明显。简单、简洁又是科学的一种美学追求。有人甚至试图用一个数学的形式来表示科学美的结构：



科学美=同构性十简洁性十信息十差异性



简洁不只是外在形式上的简单，更主要的是内在逻辑关系上的简练、集中。杨振宁教授认为“科学美是和谐、优雅、一致、简单、整齐”。他在总结自己读书、研究、工作40年的体会时曾经说过：“我特别佩服的三位是：爱因斯坦、费米和狄拉克，他们都是20世纪的大物理学家，他们三人的风格是不一样的。可是他们的风格有一个共同点，那就是都能在复杂的物理现象之中提出其精神，然后把这种精神通过很简单的但深入的想法，用数学方式表示出来。他们的文章单刀直入，正中要害。”[2]一个科学理论体系只要它的基本概念和基本原理在逻辑上是简单的，那么，不管它的推论如何众多，形式体系如何庞大，数学方法如何复杂，仍不失为一个具有逻辑简单性的科学理论。广义相对论尽管具有使一般人望而生畏的数学形式，但由于它的基础假设只有两条，因而闪耀着简洁的光辉，赢得了不断的赞美。在科学研究、科学运算、产品设计、产品制造中，如何能简化步骤、简化程序、简化操作手段，是科学家、工程技术人员、产品设计者所孜孜追求的。费马大定理证明过程的简化、四色问题的简洁解决都是精彩的范例。



费马是17世纪法国数论大师，他在研究古希腊数学著作《算术》时写下他最有名的挑战，即费马大定理。这个定理表达为：一个次数大于2的方幂不可能是两个同次方幂之和。费马在其批注的书页上留下了他让全世界数学家困惑了300多年的谜：“我已发现此命题的一个奇妙的证明，但是这页边空白太小，写不下这个证明。”由于300年里没有人能证明费马大定理，因此人们怀疑费马是否真的证明了费马大定理。1994年，美国数学家威尔斯宣布告捷，1997年威尔斯还获得了沃尔夫斯克尔奖。但是，疑雾并未从数学家们的心头驱散。美国物理学家西蒙·辛和伯克利大学教授立贝特指出：威尔斯的证明非常复杂，选用了许多最新数学概念，因此不可能是费马当年在书页空白处写下那段话时脑子里所想到的证明。



1999年春，美国基础研究所给我国航天总公司二院四部高级工程师蒋春暄发来通知：有关质疑费马大定理证明内容的文章正在出版中，并被列入最前沿的数学专著丛书。蒋春暄提出的质疑是：美国数学家威尔斯1994年宣布的关于费马大定理的证明令人难以信服。早在威尔斯之前，他已在1991年完成公布了费马大定理的证明。由蒋春暄完成的费马大定理的证明确实并不复杂，就像证明勾股定理一样简单。蒋春暄其实只用了四页纸。他的挑战行为得到了美国ISO数学和强子力学创始人桑蒂利教授的支持。一个原以为非常复杂的证明只用了四页纸就证明了，更说明了科学中简洁美的魅力。



四色问题，又称四色猜想。是英国人古斯里在1852年首先提出来的。据说古斯里当时是英国数学家狄·摩根的学生。他的原意是：在一张地图上，能否只用四种颜色，使共同边界的许多国家各有不同的颜色（一般套色地图都是用7至11种颜色着色的）。



1872年，英国当时最有名的数学家A·凯利（1821—1895）正式向伦敦数学会提出这个问题。不到一年，一个会员——A·B·肯普（1949—1922）提出一篇论文，声称他自己已经证明了四色猜想。1890年，P·J·希伍德（1861—1955）发现肯普的“四色定理”论文中有错误，并且又使用肯普的方法，一举而证明了“五色定理”。很多数学家都企图循此而进，更上一层楼，最终证明“四色定理”，但却一无所获。于是人们开始认识到：这个猜想，貌似容易，其实是一个可以与费尔马大定理相比美的世界难题。



1976年9月，美国伊利诺大学的K·阿佩尔和W·哈肯宣布，他们经过继续简化，最后只用1200个小时，就用电子计算机证明了四色猜想问题。1977年，在一次数值数学与计算机会议上，又有人宣布了更简单的机器证明，说他只用了50个小时。还有人坚信，在不久的将来，仍会有人找到一个简洁而优美的手算证明！



在自然界，动植物的生长，也常常显示出天造地设的简洁美、简约美，呈现出某种数学规律。如果你仔细地观察一下雏菊，你会发现雏菊的小花呈螺旋形并按顺时针和逆时针两个方向蔓生。无论你按两个方向中哪个方向计算螺旋数，你都会发现这些数构成一个“斐波那契数列”：1，2，3，5，8，13，21，34，55……它的特点是从第三项开始每一项都是数列中前两项之和，该数列由欧洲数论学家斐波那契最先提出，故名“斐波那契数列”。这种现象，不禁令人生疑：难道植物也懂得数学吗？植物当然不懂数学，它们只是按照自然的法则才进化成这样的。这是自然的一个简约法则：雏菊花冠排列的螺旋花序中，小花互以137度30分的夹角排列，这个精巧的角度可以确保雏菊茎杆上每一枚花瓣都能接受最大量的阳光照射。不仅雏菊，葵花子粒子的排列、梨树抽出的新枝，以及松果、蔷薇花、蓟叶等都遵循着这一简约的自然法则。动物也贯彻着“简约”的法则。譬如：蜻蜓的翅膀仅5.1厘米长，面积4.6平方厘米，重0.005克，但却有足够的强度和刚度，每秒钟能扑动20至40次，飞行速度达每秒15米。简约的是美丽的，简约的是富有生命力的。大自然是最优秀的设计师，它往往遵循着最节俭、最优化的设计来造就天地万物。拙作《艺术与仿生学的结缘》（载《东南大学学报》2001年第1期）一文中曾提到，民用建筑的设计中非常注意楼房的采光效果。如何增加采光效果，可以借鉴植物生长充分适应光照的原理：植物要用叶绿素来吸收光量子制造养料，它就必须使自己叶子排列的几何形状有利于捕获光量子。以车前子叶子为例，其排列形状正是有良好的采光构造，上下几层不同叶片相错交叉开，仿佛我们照集体照时前后排尽量不要挡住人头。根据车前子的形态设计和建筑的螺旋状楼房，就有较好的采光效果。车前子叶子构造的层级分明、简洁而合理，令建筑师也佩服不已。



崇尚简洁，也可能成为科学探索的一种动因。且以量子力学的奠基人之一——海森堡开始对量子力学的体系作出前瞻时的思维轨迹为例。海森堡在量子力学领域作出了许多重大的发现。1926年春天，海森堡应邀到柏林大学讲学。海森堡阐述了他那最不合乎传统的量子力学理论，爱因斯坦对此很感兴趣，特地邀请海森堡到他家作客，席间问了许多关于量子力学的问题。由于量子力学当时还属初创，有许多问题并未被深刻理解，因此，海森堡对于自己的量子力学理论尚难于透彻地阐述。爱因斯坦对此感到非常惊奇，他说：“在这么多关键问题还完全没有解决的时候，你怎么能够对你的理论真有这么大的信心呢？”海森堡回答说：“我相信自然规律的简单性具有一种客观的特性，它并非只是思维经济的结果。如果自然界把我们引向极其简单而美丽的数学形式——我们所说的形式是指假设、公理等等的贯彻一致的体系——引向前人所未见过的形式，我们就不得不承认这些形式是‘真’的，它们是显示出自然界的真正特征。也许这些形式还包括了我们对自然的主观关系。”海森堡接着又说：“你会反对我又谈论简单性和美而引进了真理的美学标准，我坦白承认，我被自然界向我们显示的数学体系的简洁性和美强烈地吸引住了。你一定也有这样的感觉：自然界突然在我们面前展开这些关系的几乎令人震惊的简单性和完整性，而对此，我们中谁也没有一点准备。”[3]海森堡正是从感悟自然界的美出发，根据简单性的美学要求而对量子力学大胆预构的。量子力学从内在结构看，不仅整齐划一、平衡对称，也具有简洁优美的特点。



简洁，也是文艺创作和欣赏的一种美学要求。



契诃夫说：“简练是才能的姊妹。”[4]他又说：“什么叫优美？做相同的动作，花费运动量最小的就叫优美。”[5]瑞典戏剧家和小说家斯特林堡（1849-1912）的著名小小说《半张纸》，只是用了约占半张8开纸的篇幅，写了一个涉及半张纸的悲剧故事，小说的开头就弥漫着悲剧气氛：“最后一辆搬运车离去了；那位帽子上戴着黑纱的房客还在空房子里徘徊，看看是否有什么东西遗漏了。没有。”要说有，就剩下电话机旁，那半张平时记录电话号码的淡黄色的小纸了。记录的颜色有黑黑的墨水，也有用黑、红、蓝铅笔的。这里浓缩了短短两年间全部美丽的罗曼史。这位房客俯身仔细看着上面的姓名、企业名和电话号码。首先是艾丽丝及她的电话号码，艾丽丝是与他命运紧紧关联两年的美丽女性。下面写到的电话号码主要来自：银行、出租马车行和鲜花店、家具行、医生、岳母、佣工介绍所、牛奶厂。最后使这位房客眼泪再一次模糊的是括号里的“埋葬事”。“他拿起这淡黄色的小纸，吻了吻，仔细地将它折好，放进胸前的衣袋里。”“这两分钟里，他又重度过他一生中的两年。”笔者尽量想浓缩介绍，但不经意间已引了原文的四分之一。这篇小小说，放在一个特定的情境。篇幅这么短，却浓缩了两人从恋爱到结婚，最后由于夫人早逝而伤心离别的悲剧命运，读来叫人心情十分凝重，而又不能不佩服《半张纸》的以少总多。



我国古代文论中早已把“一”与“多”或“少”与“多”作为一对矛盾的对立统一面，浓缩了的“一”或“少”，可以是内蕴丰富的“多”，得意环中而弦外有音的“多”。这个“一”或“少”就是指简洁。文学作品的简洁主要体现在人物设计的简洁、情节的简洁和语言文字的简洁。电影《变脸》情节富有变化，但主要人物可以说是两个半：爷爷、狗娃和那条通灵性的小狗。我国目莲戏《思凡》的本子只有1200多字，鲁迅称颂过的目莲戏《女吊》竟不到500字。著名女作家王安忆说过：“对我来讲，重要的不是能不能表达复杂的东西，而是能不能把复杂的东西简单地表述出来。”[6]正反映了这位女作家在文学创作方面的一个美学追求。董桥散文的一个特点就是简洁。董桥似乎不轻易为文，他在《关于“多写点东西”》一文中说自己“从来不敢多写，更不敢乱写”。这是因为得失寸心，甘苦自知。他非常崇尚屠格涅夫文笔的干净。他还在《文章似酒》中引用短篇小说家刘大任的话以说明简洁凝练乃文章之大要：“大任说他平生不大能忍受官僚巨贾的肥胖肚子和女人的虎背熊腰，以及半生不熟的‘创时代’文体和自以为是的滔滔雄辩，下笔于是不惜削、删、减、缩；真是妙喻。”董桥自己行文也力求简洁，避免拖泥带水。他的散文多为千字左右，两千字以上者少，四五千以上者更为罕见。译林出版社出版的一部不太长的以色列长篇小说《我的米海尔》，也是显出简约之美的代表作之一。语言也像汉语句式的简短凝练，很少长句和抽象的议论。言简意丰，词浅意深，包涵了所谓史诗型作品应具有的一些实质性因素。



从人的心理角度看，简洁的东西有利于理解和记忆，简洁的艺术作品不仅有利于传播，也可能出传世精品。以音乐为例，我们并不排斥曲调比较复杂或句式比较长的歌曲，如那英、王菲唱的《相约1998》、郑智化唱的《水手》都非常精彩，但会全部唱完或全部记得者，恐怕是少数。简洁的作品更易于流传，这毕竟是普遍的事实。歌曲《让我们荡起双桨》、《草原上升起不落的太阳》、《小草》、《流浪歌》、《祈祷》、《祝你生日快乐》等，在我国，凡有文化者几乎人人会唱。再如具有藏族特色的歌曲《一个妈妈的女儿》（全歌词仅几句，而且呈对称性布局，使我们很快记住：“太阳和月亮都是一个妈妈的女儿，她们的妈妈叫‘光明’；藏族和汉族都是一个妈妈的女儿，她们的妈妈叫‘中国’。”无论是歌词还是曲调都深深地牵动着我们的感情。）即使复杂的作品，其整个布局、线索条理、各个单元仍然建立在简洁的基础上。



今天，许多美术作品日益走向其审美的简洁明了化。如抽象主义大师蒙德里安极力尝试把自然的丰富多彩删减、压缩为一定关系的造型表现，艺术在它的世界成为一种如同数字一样精确表达宇宙特征的手段。他受简洁的天文的影响，喜欢用简单的直线和纯色块面，造成一种“规矩与自由之间均衡的化身”，使人体会到作品是一种精神观念的崇高表现。所有这些无疑都显示出当代美学、当代艺术从纷繁的现象中追求本质化的努力。



不少现代人，对错综复杂的人际关系感到有点厌烦，深感为之受累、为之困惑，于是总力求摆脱人际关系的羁绊与围困，愿意做一个比较轻松的人、关系网中的位置比较简单的人，甚至是“难得糊涂”的人。华丽之后、繁复之后、各种嘈杂的狂喧之后，人们格外倾向于简单朴素、返朴归真的生活观，渴望在那稳定自在的环境中，享受到真正的从容。在手工操作为主的生产条件下，复杂的手工制品迎合了某些富裕阶层的审美观念。诸如旧社会那些达官贵人、太太小姐，躺在床上闲得无聊，可以细细品味雕花板上的人物、花卉。慢节奏的生活可以宽容艺术的复杂。而在快节奏的社会里，人们又常常崇尚艺术的简单。家庭居室的装潢观念也发生了一定的变化。有不少人家的墙壁又采用白色的涂料，床铺、橱具多以大板块的结构构成；有些家庭喜欢可以沿着床边随意拖动的床头柜、橱门一打开便可以亮灯的无边无檐的大衣柜、随意挂长短不一衣服的不锈钢长架、既是茶几又是书架的活动小车。在北欧流行的板式拆装组合家具也大面积进入了我国某些城市的家庭。这些都体现了崇尚简约、以人为本的设计理念。有人用悖谬式的语言说：“装修的最高境界是不装修。”这有点类似巴金所说的“最高的技巧是无技巧”。家庭装修得太华丽、太眩目、太挤压，反而叫人感觉上有些眼花缭乱、喘不过气来。随着简约主义的开始流行，无论是装潢设计师还是居住者，都更讲究居室布置的功能性、舒适性和空间的可调节性，简约之风正在吹进更多的家庭。但是简洁不等于简陋，单纯不等于单调，在简洁的外表里面附加着完备的实用功能才是简约主义的真正内涵。



现代建筑的一种风格就是简洁。轻型钢结构房屋建筑（简称“轻钢房”）正是崇尚简洁美的。轻钢房是国内外目前应用和发展速度最快的新型建筑结构形式，广泛应用于大中小跨度、单多层的工业建筑、公共建筑和民用建筑，是建筑业的一个新的里程碑。它的外观造型简洁、美观、轻巧。轻钢房建筑表现能力强，可采用大间距柱网，空间布置灵活。轻钢结构建筑富有流畅的金属质感，体现了强烈的时代气息。各种色彩的金属压型钢板、复合板使轻钢结构建筑表现得丰富多彩。特别是大胆使用跳跃性色彩和冷色调，使人有一种明显区别于传统建筑的耳目一新的感觉。笔者为一家轻钢房生产公司所撰写的电视广告脚本，就突出了这种审美效果。



简化才能产生有意味的形式。克莱夫·贝尔说过：“没有简化，艺术不可能存在，因为艺术家创造的是有意味的形式，而只有简化才能把有意味的东西从大量无意味的东西中提取出来。”[7]艺术创作的简化，遵循的是节省律。鲁道夫·阿恩海姆说：“在艺术领域内的节省律，则要求艺术家所使用的东西不能超出要达到一个特定目的所应该需要的东西，只有这个意义上的节省律，才能创造出审美的效果。”[8]阿恩海姆的看法与贝尔基本是一致的，阿恩海姆又说：“在某种绝对意义上说来，当一个物体只包含少数几个结构特征时，它便是简化的；在某种相对意义上说来，如果一个物体用尽可能少的结构特征把复杂的材料组织成有秩序的整体时，我们就说这个物体是简化的。”[9]



在西方现代艺术当中，西班牙的两位大师是常提的：一位是毕加索，一位是米罗。米罗的作品抽象性极强，但仔细看也能看到大海、女人、鸟等具象的物体。有的作品简单得近似汉字的线条造型，又犹如西班牙东部阿尔基米拉原始洞穴艺术，简练而生动。这正是米罗吸取原始艺术精髓，向大地、向自然、向生活要创作原动力的回报。我国著名绘画大师林风眠向汉画石刻等古代艺术学习，也绝不是简单的回环往复，而是经过了否定之否定，在一个更高的层次上展示出简洁之美。



简洁不等于没有内容和内涵的单调，简洁而又深刻才是艺术创作的一种理想的境地。许多会标、徽标的设计是既简洁而又内涵丰富的。2008年北京奥运的会标设计就十分典型，主体部分似乎是变形的“京”字，但又像一个跑动着的运动员，采用中国印的形式则更反映了民族特色。简洁而深邃的构思，是美术设计参与国内外竞争的一个重要砝码。比如说，在通往美国白宫的路上，有一处草坪，绿茵茵的草地中央矗立着一座黑色的大理石墙，墙的一侧是一组人物雕塑。这墙就是著名的越战纪念墙。这项设计曾有数千名艺术家参与竞争，而最后终被一位中国女青年以简洁而深邃的构思，一举夺魁。与此相反，有些电视连续剧仿佛放在膨化机里炸过的，又好像经过“拉面”似的制作过程，把一个面团（并无多少情节和审美情趣的内容）越拉越长，绕成了一圈又一圈。浪费别人的时间，借用鲁迅先生所说的，岂不等于“谋财害名”吗？



参考文献



[1] 列宁《哲学笔记》，《列宁全集》第38卷，人民出版社1974年版，第285页。



[2]《杨振宁教授谈读书、研究四十年》，《世界科学》杂志1985年第3期。



[3]《爱因斯坦文集》第1卷，商务印书馆1977年版，第216——217页。



[4][5]《写给亚·巴·契诃夫》，《契诃夫论文学》，第154页。



[6]《也是诱惑，也是困惑》，《文论报》2000年11月12日。



[7]克莱夫·贝尔《艺术》，中国文联出版公司1985年版第149—150页。



[8][9] 阿恩海姆：《艺术与视知觉》，中国社会科学出版社1984年版，第68、72页。


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