为什么一定要接触艺术（二）

□姬炤华

诺贝尔奖获得者李政道先生如是说

许多有识之士对此非常焦虑不安，大声呼吁艺术的重要，其中就包括诺贝尔物理学奖获得者李政道先生，他认为科学与艺术二者是密不可分的，经常回国向各方面积极宣传这种思想。

李政道先生说：“美苏之争的实质是什么？我们一直以为是军备竞赛，是工业竞争，是钢铁比赛，直到世纪末我们才明白，他们竞争的最深层的东西是有艺术气质的高科技人才。”

在20 世纪50 年代美苏空间技术竞争中，苏联于1957 年11 月把人类第一颗人造卫星送上了天，美国一直自认为是20 世纪科学技术第一超级大国，这一下举国感到耻辱。各部门首先指责教育界，教育界认真反省后提出这样的观点：美国的科学教育是先进的，但艺术教育落后，即两国科技人员不同的艺术素养导致了美国空间技术的落后。为此，1967 年美国哈佛大学设立“零点项目”研究，之所以用“零”命名，是表示对艺术教育认识的空白。“零点项目”花费了上亿美元，参加的科学家超过百名，他们在100 多个公立和私立学校做实验，有的从幼儿园起连续追踪20 年，出版了几十本专著、上千篇论文。他们的研究成果导致了美国国会于1993 年3 月通过了克林顿政府提出的“2000 年目标：美国教育法”，在美国历史上第一次将艺术与数学、历史、语言、自然科学并列为基础教育的核心学科，为此还制定了《美国艺术教育国家标准》，并总结出这样的结论：缺乏基本的艺术知识和技能的教育绝不能称为真正的教育。

为了引起国人对于艺术的重视，李政道曾在炎黄艺术馆、北京医科大学等地与国内的科学家、音乐家和画家一道，举办“科学与艺术研讨会”。曾赴美考察过“零点项目”的与会专家说：“美国所有的大学，艺术之普及是我们不能想象的，所有学科的学生都可选艺术课程，专业艺术教育与非专业艺术教育界限不清，常常一个化学博士又是一个著名的演奏家。”（李政道先生急切倡导艺术之事，可参考《中国青年报》等媒体的相关报道。）

那么，艺术和近代科学技术的大发展到底是什么关系？科技乃至经济的繁荣真的离不开艺术吗？

答案是肯定的。否则如何解释文艺复兴以来艺术的繁荣先于科技和经济，而不是反之呢？我们通常认为：科技发达了，经济就繁荣，经济繁荣了，艺术才昌盛。但经济起来了，艺术还趴着的情况并不鲜见。仔细观察就会发现，这样的地区创造力不足，其经济发展对其他地区的依赖较多，往往是授人以柄，被他人控制，经济繁荣无法持续和长久。

对这个问题李政道先生是怎么看的呢？他认为：“伟大艺术的美学鉴赏和伟大科学观念的理解都需要智慧……科学和艺术是不可分割的，就像一枚硬币的两面，它们共同的基础是人类的创造力。”“创造力”这个词又出现了，李政道先生所说的艺术的鉴赏和科学观念的理解都需要的“智慧”是什么呢？这种“智慧”在什么地方起作用呢？这要从一个欺骗了世人数百年的实验说起。

（二）从骗了所有人的“伽利略比萨斜塔实验”中寻找答案

有这样一个广为人知的故事：在古希腊，哲学家亚里士多德认为，物体总是趋向于它们在宇宙中的自然位置，重的物体的自然位置是趋向于地球的中心（也即宇宙的中心），也就是下落；而气体、火焰等轻的物体自然位置是天空，所以它们往上飘。因此，越重的物体下落得越快，越轻的物体下落得越慢。到了文艺复兴时期，这一观点受到了人们的怀疑。于是有一天，著名的天文学家、物理学家伽利略来到了同样著名的意大利比萨斜塔上，在众目睽睽之下将一只铅球和一只木球同时从塔上抛下，木球和铅球同时落到了地上。于是，亚里士多德的理论被伽利略推翻了，这就是著名的“自由落体实验”。

可惜著名归著名，但未必就是事实。伽利略本人在著作中虽然提到过类似的实验，但从没说过这个实验是自己做的，而且在伽利略之前就有人做过这样的实验。“比萨斜塔实验”这个故事出自伽利略的学生维维安尼之口，记录在他的著作《伽利略生平的历史故事》中，与伽利略同时代的其他人都没有关于这次实验的记载。

到了20 世纪，许多科学史家便对这一说法提出了质疑：16 世纪时，在还没有高速摄影和精确计时器的情况下，伽利略怎么能得出木球和铅球同时落地的结论呢？更不要说得出自由落体定律，算出重力加速度了。于是很多学者纷纷模仿伽利略，再现当年的实验状况，结果发现，不同物质构成的球体在同一高度同时落下后，由于空气阻力和各种不可控制的干扰因素的影响下，存在着相当大的落地差。比如同样大小的铁球和软橡皮球在30 米的高度同时落下，其落地差竟达7 米，也就是当铁球落地时，软橡皮球距离地面还有7 米，任何人用肉眼都可以看出来！“比萨斜塔实验”就这样被推翻了。其实，重量不同的物体不会同时落地是一个常识，如果我们在家里自己做这个实验的话，也会得出和亚里士多德一样的结论。

这究竟是怎么回事？不是说伽利略纠正了持续1900 多年的错误理论吗？

是的，伽利略的确纠正了亚里士多德，但不是这么干的。人们之所以会相信维维安尼这个“比萨斜塔实验”的故事，就因为这个故事符合日常经验，怎么证明木球和铅球是否同时落地呢？找个高的地方扔下去呗。其实哪有这么简单，许多看似简单的事情都复杂着呢，简单粗线条的方法往往都行不通，因为单凭日常经验判断问题是不行的。

要通过做实验得出科学可靠的结论，就要求实验是不受任何干扰的，偶然因素起重要作用时的观测结果不能为据，实验者要使实验在严格控制下进行，其他人在别的地方以同样的条件和方法做这同一个实验，也能得出相同的结果。而“比萨斜塔实验”就是不可控的，不但空气存在阻力，而且没有准确的计时和测量装置。

这可就有点麻烦了，别说铅球，就是木球落地的速度都极快，得以“秒”计算，而伽利略生活的时代可没有秒表。伽利略要想做成这个实验的话，就必须获得极其精准的时钟，或者有20 世纪才有的高速摄影机！不可能，此路不通！那就得另寻他途，铅球下落的速度要是能很慢就好了，必须慢下来，但铅球仍然还得是“自由落体”（指仅受重力影响的落体），不能拿绳拽着，否则实验就没有意义。到了这个份儿上，伽利略的实验看来是搞不成了。

就在这个节骨眼儿上，李政道先生所说的“智慧”出来帮忙了。伽利略自幼爱好绘画和音乐，爱好艺术使伽利略有着超乎常人的想象力，而绘画则使他具有很强的空间理解力和想象力。

这时，伽利略就运用他的空间想象力，想出了一个绝妙的主意，来“冲淡”地球的重力。他制作了一个仪器，这个仪器有一个可以由螺杆调节倾角的斜槽，斜槽上标有距离刻度，他用观察小球在斜槽上的运动来代替“自由落体”，巧妙地把无法控制的垂直运动，转化为可以控制速度的斜面运动。斜面越陡，速度就越快。当斜面几乎被竖立起来，倾角接近90 度时，小球就自由落下，而斜面接近水平，倾角很小时，小球的速度就变得可以测量了。伽利略采用类似中国古代“铜壶滴漏”的水钟来计时，水钟的底部有小口，流出的水量在一定的时间内是相等的。水钟对于高速做垂直运动的“自由落体”是没用的，但记录斜面上小球的运动足够精确了。他记录下相等的时间间隔中，即水钟流下相同数量的水时，小球到达的位置，从其中的规律中得到了自由落体定律，算出了重力加速度的值。