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一般认为，从15世纪下半叶开始的欧洲文艺复兴是人类近代科学的诞生之时。然而,在这个伟大变革来临之前,绘画就与科学结下了不解之缘——也可以说，人文主义是在以绘画为代表的艺术领域首先突围，才导致后来现代科学兴起的。它们携手共进为突破来自欧洲中世纪黑暗的桎梏、弘扬人文精神起到了至关重要的作用，并全面展示了现代科学与艺术协同发展的历史。

实际上，对于绘画与科学的关系，中国早于西方近千年就有了自己的思想家。例如，王微（415—453）是我国南朝宋时人，他的《叙画》是一篇主要探讨山水画理、画法的文章（实际上是王微给友人——当时著名文士颜延之的一封回信）。王微的思想在中国美学史上有着重要价值。他本人就是一位“少好学，无不通览，善属文，能书画，兼解音律、医方、阴阳术数”之人。在《叙画》中，他认为绘画不仅仅属于技艺的范畴，如果达到了最高境界，应该能与显示天地的万物之理具有同等效能。绘画至理也讲究按“器以类聚”“物以状分”的（科学）原则。这样，我们就可从坚持“文化自信”的视角，找到中国人自己看待绘画创作与科学探索之间的关系图景。

然而，不论东方与西方，这段光耀的历史在当代反而被淡忘了，难怪李政道提出要重新架起科学与绘画之间的桥梁，并主张艺术与科学的重新合流。由此，我国现代具有科学思想的绘画大师吴冠中在2006年上海科学技术出版社出版的《李政道随笔画选》序一开头就写道：“是机遇，我结识了杰出的科学家李政道。他用艺术的语言讲述艺术和科学的因缘，并引导我们游走其间。科学探索宇宙之奥秘，艺术探索感情之奥秘，奥秘和奥秘间隐有通途。这通途凭真性情连系，一个真字了得。”

“奥秘和奥秘间隐有通途”是吴冠中读李政道画集有感的标题，也是他作为一位具有非凡创造力的画家对绘画艺术与自然宇宙之关系图景的“真”切审视。为此，本人也利用自己近40年“科学美术”的创作经验，加上历史上一些著名画家、科学家的相关论述归纳总结了四条“规律”，供今后热衷于绘画与科学融合创作、研究的同道志士加以利用。

现在我们就采用图文并茂的形式，并在绘画与科学融合的语境里来具体讨论一下“绘画与科学的关系图景”。

 

第一条

主观图景与客观图景的“图景等效规律”

“数学是使自然直观化的关键。”

——柏拉图通过论证后得出结论

现代研究证明，数学研究中夹杂着许多主观的理想化图景；研究数学的几种派系中有一个就叫做“直觉主义”。因此，国外一些前卫的科学书籍中不得已就称数学图像实际上是主观图景与客观图景的“接口”——柏拉图这个命题中的“直观化”即为图景化。

“人们总想以最适当的方式来画出一幅简化的和易于领悟的世界图景；于是他就试图用他的世界体系来代替经验的世界,并来征服它。这就是画家、诗人、思辨哲学家和自然科学家所做的,他们都按自己的方式去探索。”

——阿尔伯特·爱因斯坦

除了各领域艺术家和科学家都按自己的方式去探索，我们发现，很多时候绘画的主观图景与科学的客观图景之产生具有“同源性”，就拿现代科学中最难以理解的量子力学图景来讲，量子电动力学中“费曼图”的创造与现实生活中“费曼人物画”的创作在诺贝尔物理学家得主费曼脑海中具有深度内在的形象性关联。

图1玻尔量子力学的“互补原理”似乎在捷克画家尤金•伊万罗夫的立体画中得到了直观表达

原子立体主义结构的“作画者”——量子化原子结构学说之父尼尔斯·玻尔酷爱毕加索等人创作的立体主义画作。这些画作一般人看不懂，但却赋予了玻尔灵感——他逐渐认为，那些看不见的原子世界，其实就是一幅幅立体主义结构世界的画作，就像画家一幅被分解了的主题作品一样——它以什么形式出现，取决于你观看它的方式。

玻尔与哥白尼、伽利略、开普勒、笛卡儿、牛顿、达尔文和巴斯德、孟德尔等会画画的科学大家一样，熟悉具有空间性的造型艺术，特别是绘画，所以他的量子力学原子结构模型就是描绘微观世界的立体图画——连量子力学这么抽象深奥的科学理论都能以绘画形式解读，那其它学科的图景则更能够在绘画中得以体现。事实也是如此。

组图1来自不同学科伟大科学家们的画作，有专业画，也有艺术画，还有反应心理、心愿的画等。其中科学图景中的示意图、模型图、解剖图、透视图、分解图、剖面图、设计图等都需要绘画能力的介入

我们稍加搜寻便可得知，利用形象思维探索世界图景并融合科学思考者最易成为顶级科学大师：欧几里得、托勒密、哥白尼、伽利略、开普勒、笛卡儿、牛顿、达尔文、巴斯德、孟德尔、法拉第、弗洛伊德、爱因斯坦、荣格、玻尔、魏格纳、伽莫夫、芒德布罗、费曼、克里克和沃森、钱学森、李政道等等，皆是这样的科学家。

组图2杰出画家们涉及不同学科的画作，有艺术画，也有专业画，还有反应心理、心愿的画。其中绘画图景中的想象画、写生画、手稿画、山水画、几何画、光色画、超现实画等都需要科学思想介入

同样，我们稍作查阅便可知晓，采用逻辑思维探索理想图景并融合艺术思考者也最易成为顶级绘画大师。像布鲁内莱斯基、米开朗基罗、拉斐尔、丟勒、塞尚、莫奈、修拉、毕加索、达利、爱舍尔、波洛克、马格利特、康定斯基、郭熙、石涛、黄宾虹、李可染、吴冠中等都是这样的画家。

所以说，“图景等效规律”无论对作画还是科研都是要创造能力、想象能力、直觉能力和逻辑能力、演绎能力、归纳能力并举，只不过侧重点不同而已——等效而不等同：一个创造出科学杰作，一个创造出绘画杰作。

 

第二条

绘画创作与科学探索的“大脑协作规律”

“绘画的确是一门科学……”

——列奥纳多•达•芬奇经过长期实践得出

在画家与科学家二者间最难区分的人就是达·芬奇，因为他既将绘画作为了科学研究的工具，又把科学研究作为了绘画的目的，并在人类艺术与科学两大领域都取得了辉煌的成就——除了他的天才因素之外，就是他将大脑两个半球进行了长期大量的协作运用。

“绘画就是研究和实验。我从不把绘画当作艺术品来作。我的所有画作都是研究。我不停地探索，并且所有这些研究都是有逻辑顺序的……画家的画室应该是一个实验室，在那里，你不会以猴子的方式去制作艺术，而是去发明。”

——巴勃罗•毕加索

在天才的脑科学研究中，健康地强迫大脑两半球加强联系和协作，即可激活大脑的潜能。按现在的话讲，就是能开发头脑小宇宙，脑洞大开并产生头脑风暴——能这样做的只有进化中的人类，毕加索认为作为动物的猴子是做不了这样事的。实际上，对爱因斯坦逝世后大脑的研究也说明了这点——他是左右脑并用和创造性地进行协作的典范；同时他也是极少将空间图形形象与时间音乐形象交织起来进行思考的人，所以关于时空关联的相对论不可能由其他人去创立——特别是“广义相对论”真可谓是爱因斯坦科学的艺术品中的杰作。

图2这幅反映爱因斯坦形象思维在起作用的科学漫画是笔者在纪念“广义相对论”诞辰100周年时创作的

人类对大脑精细结构及功能的一些重要发现是进入20世纪后才做出的。如“神经生理学”概念的提出，“神经元学说”的创立，认为神经组织由各种神经元组成神经网络，后来又有人证实神经元是通过突触连接的——这些观念为大脑分工和协作机制奠定了基础，特别是佐证了我们所说的大脑协作造成的绘画创作与科学探索的“大脑协作规律”。难怪“神经元学说”的创立者、1906年度诺贝尔生理学或医学奖得主圣地亚哥•拉蒙-卡哈尔说过：“毫无疑问，没有艺术天分的人是无法领略科学之美的……我自己的（医学）画作肯定超过了1.2万张。对艺术无感的人来说，它们只是奇怪的图案，但是，大脑结构的神秘世界就在这些精准到千分之一毫米的细节中徐徐展现。”

图3卡哈尔的名作“神经元”绘画，这是神经科学与艺术天分结合的真实写照

人的左右脑两个半球各有分工，也有协作。比如左脑是抽象数学的，重理论和分析，而右脑负责形象图景认识，直观、音乐感觉较强。左右脑对人体也有专门分工——左脑处理来自右半身的感觉信息，右脑负责处理来自左半身的感觉信息。脑桥则是非常重要的关键部位——它的功能和作用是负责左右脑的信息交换，并拥有两亿根神经纤维——这可能就是人类杰出人才大脑两半球加强联系和协作造成创造性来源的物质联系机制所在。

左右两个脑半球的协同创造力的复杂关系是天大的秘密。有人认为，意识可能产生于大脑皮层的某种振荡；不同来源的信息在特定脑区的神经元上交汇等。无论如何，“大脑协作规律”必定是绘画创作与科学探索及更高级的融合创新所要遵循的原则。

 

第三条

形象思维与抽象思维的“创造成效规律”

“科学可以从艺术中寻求创新思路。”

——李政道在接受媒体专访时的谈话

李政道自己就是践行自己“创造成效规律”的最好楷模。他一生中在物理科学和绘画艺术两方面都硕果累累，并当选为了美国艺术与科学学院院士。因此，他的实践也可让这句话反过来讲：“艺术可以从科学中寻求逻辑思路”。这在《李政道随笔画选》中便可得到证明。

“假如你从来没有见过大象，你能凭空想像出这种奇形怪状的东西吗?……在我们研究物理问题的时候，往往会用到现实世界的各种形式。对世界或人类社会的事物形象掌握得越多，就越有助于抽象思维。”

——格拉肖

诺贝尔物理学奖得主格拉肖“金字塔创造成效规律”经验性的表达，杨振宁也曾有过论述。本人在《知识就是力量》发表的《当绘画融入发明元素》一文的“结语”中也曾写到：“绘画(艺术想象力)和发明(科技创造力)是相融与互通的。笔者认为，它们的融合所产生的成果不是简单的加法关系，而是翻倍的乘法关系，必将结出丰硕的、理性和激情相结合的创造性之果……”对于绘画创作和科学创新而言，两者观念的相互引入有助于起到各自事半功倍的原创效果。

1798年，英国一位名不见经传的青年马尔萨斯出版了一本篇幅短小但影响巨大的书——《人口论》。他的基本理论就是人口的增长快于食品供应的增长。在这本书中，他用非常严峻的方式表达了他的思想，声称人口的增长是按几何指数进行的，即1，2，4，8，16……而食品的增长仅是按算术线性增长，即1，2，3，4，5……

如果进行一个跨学科的粗略类比，就会发现马尔萨斯的理论与我们将要论述的观点符合一种简单的相似模式：因为它们都带有相同数量性质的论证——如果我们将《人口论》中食品的算术线性增长比作一个人一生中单纯的知识增加，即1，2，3，4，5……而将“科学与艺术”的融合发展关系比作人口的增长按几何指数进行，即1，2，4，8，16……那么，我们就不但会领略到由于艺术与科学的交融与互动会让吸收知识成为有趣的事，而且还能做到事半功倍并可发散性演绎地放大学习成果，甚至可以大大增加原创知识的倍率——造成这种效应的人才头脑并不完全取决于父母的基因，而是还需要后天“科学与人文”两方面的均衡教育及其有意识的融通。

马尔萨斯《人口论》对社会学、经济学、医学和生物学都有过重要影响（如达尔文生物进化论的创立等），现在我想它独特的思维方法对绘画与科学的关系图景研究也会有一定间接影响——我国著名水稻专家袁隆平的杂交水稻高产应该算是粮食紧缺的一种补救方式。杂交意味着两种不同特点稻种间的有机融合，其结果之一就是会有兼具二者优势的新种出现；而大脑两半球思维特点的交融与其道理一样，会有一种莫名的联想高产之功效，它会让有限的科学知识在得到与绘画艺术整体性、联想性思考后变得能触类旁通、事半功倍甚至举一反三——不过，其探索过程如同袁隆平的实验研究一样会充满艰辛和困惑，但也伴有激情下的快乐。

下面一幅画是中国传媒大学动画学院副院长兼动画系主任张骏教授的作品。他将九位获得诺贝尔自然科学奖的华人科学家和中国古代文物嫁接在一起，寓意这些具有纯粹华夏血统的科学家智慧和中国文化存在紧密关联——中国文化思想的渊博和华人科学家的文化自信（特别是在大脑两半球协作和中西方文化交融方面）举世闻名，阐明了形象思维与抽象思维的“创造成效规律”在他们取得的学术成究方面起到了关键作用。

图4《获得诺奖的华人科学家》（张骏作）说明了中国、美国和英国等世界各地华人诺贝尔自然科学奖得主们的成就与其中国文化基因及人文底蕴保持着内在联系

画面从左至右，前排依次为：2008年化学奖得主钱永健（青白釉人形注子）、1986年化学奖得主李远哲（青铜人型灯）、2009年物理学奖得主高锟（陶绕襟衣舞俑）、1998年物理学奖得主崔琦（三星堆青铜大立人）；从左至右，后排依次为：2015年医学或生理学奖得主屠呦呦（长信宫灯）、1957年物理学奖得主杨振宁和李政道（鎏金青铜双人乐舞扣饰）、1997年物理学奖得主朱棣文（彩绘陶天王俑）、1976年物理学奖得主丁肇中（青铜托塔天王）。画面布局与人物造型都很有讲究，生动地表明了科学与人文的关系，效果很是奇妙——其中李政道、丁肇中、李远哲、朱棣文、钱永健皆是美国艺术与科学院院士。即使没有艺术与科学院院士头衔，像杨振宁、崔琦和屠呦呦等都流露出对自然科学和人文艺术的双重热爱，也都是形象思维与抽象思维“创造成效规律”的践行者，否则也不会获得世界顶级学术成就。

 

第四条

绘画创作与科学创造的“创新美学规律”

“艺术与科学的灵魂同是创新”

——杨振宁参观南京大学雕塑研究所的题词

杨振宁是中国科学家中追求创新的大家，而创新在形式上首先讲究的是“美”。在科学美方面他信奉英国大物理学家狄拉克的单纯而极致，在绘画美方面他欣赏法国印象派和中国写意画的异曲同工之妙。所以，他应该是在中西方文化共同浇灌下成长且善于继承传统的现代物理学之革新者。

“阿尔伯特·爱因斯坦的‘狭义相对论’和巴勃罗·毕加索的《亚威农少女》……这两大杰作还共有着更深层的联系。在那个创造性的时刻，学科之间的界线消解了。美学变得至关重要。”

——阿瑟·I·米勒

序言开始我们引用了吴冠中科学与绘画间的“隐途”为“真”，这里又说的是“美”。无论如何，他们都是“真善美”大概念的不同面——就像看一个人一样，正面、侧面和背面看的图像都不一样，但实际上它们都是一个人的不同面形象而已。

如果认定“美学”能够代表我们对自然宇宙万事万物和谐尺度的考量，那么“科学美”和“艺术美”的关系纽带和共同点就是“美学”。我国科普专家汤寿根老先生为本人《玩转科学的“艺术家”》一书所作推荐序中说到：“科学之美与艺术之美交融，‘美美与共’成就了‘天下大美’！而‘大美不言’……”人类文明史上许多大科学家、大画家都使用了“美美与共促成大美”的方式，即使得其成就高出了一般的专家，其理由在此就显而易见了。

既然是讨论绘画与科学的关系图景，就让我们举一画例来具体解读分析一下。

下面一幅名为《小花》的中国工笔画从一个侧面艺术地表现了在20世纪上半叶，中华大地正处于腥风血雨的抗战时期，一位爱美的八路军年轻女战士偶有闲暇采来一束野花品赏，却招来一只彩蝶光顾而又使人浮想联翩的美丽动人场景。作者是我国当代著名画家高云，利用中国工笔画这样一种近乎无光影的二维静态造型艺术形式，以其自身具有东方风格的本真线描色彩及渲染，描绘了一幅革命浪漫主义情怀的生动画卷。

这幅画运用了没有任何背景的中国画特有的“留白”处理，采用了传统中国工笔画纯粹洗练的笔触，全心而集中地描绘了具有东方神韵的女性人物、植物和动物，使三者相互呼应顾盼。虽然没有直接反应战火连天中青年女战士的战斗情景，却已传达出了革命将士们向往和平美好生活和抗战必将胜利的历史信息。

图5高云的工笔画《小花》（右）具有艺术美与科学美的“美美与共促成大美”的意味。去掉兵花、蝶花、草花的各画（左列3幅小图）之画名仍可称“小花”，但工笔画之美、生物学之美加人性之美就不全了

此画应是一幅具有革命浪漫情怀且含有博物、博爱意味的中国工笔画名作。从生物学和心理学角度看，画面中仅有的“三物”（人物-女八路、动物-彩蝴蝶、植物-野菊花）都有相互需要与呼应顾盼：八路女战士生理和心理上需要花草装扮、品味野花芬芳，欣赏花蝴蝶翩翩起舞、色彩斑斓——意味更向往没有战争、和平美好的多彩生活；花儿凭借芳香和色彩需要蝴蝶为其授粉、繁盛种群；蝴蝶为了生存需要在花朵上吸食采蜜、繁衍后代，并与花朵互惠互利。其中彩蝶栖息在年轻女战士的肩头上的画面会让人产生丰富联想：战争年代，尽管生活艰苦，节衣缩食，我们朴素干净而漂亮的年轻女兵照样萌发出生理上青春的体香……夸张地说，以至于蝶儿都“忘了”去光顾花儿的色香——中国画式的整体性博物学思维在此画中得以生动体现。衣着和“八路”标识表明了春季及抗战年代——可以说科学研究与此画的艺术追求是一致的：简洁优美、蕴含丰富。

以上4条规律互相关联、相互作用，且形成一个有机整体——其要义分别来自四位现代世界著名科学家（卡哈尔、爱因斯坦、李政道和格拉肖），三位近现代中外绘画大师（达·芬奇、毕加索和吴冠中），一位古希腊伟大哲学家（柏拉图），一位现代中国杰出的物理学家、诺贝尔奖得主（杨振宁），还有一位当代科学史家、美学家（阿瑟·I·米勒）。笔者均给予了归纳并进行了提炼和简化。

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