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浅谈数学与艺术

  古代哲学家、数学家普洛克拉斯断言:“哪里有数,哪里就有美。”开普勒也说:“数学是这个世界之美的原型”。对数学的艺术追求已成为数学得以发展的重要原动力,以致法国诗人诺瓦利也曾高唱:“纯数学是一门科学,同时也是一门艺术”。
  一、数学与绘画
  在欧洲艺术创作领域公认有两次最大的创新,一次是文艺复兴,另一次是本世纪初兴起的现代艺术。两次大的变革都与几何学的变革有关。前者与三维透视几何有关,后者与N维几何和非欧几何有关。
  每一时代的主流绘画艺术背后都隐藏着一种深层数学结构――几何学,在达芬奇那里是讲求透视关系的射影几何学;在毕加索那里是非欧几何学;在后现代主义、纯粹主义那里也许是现在说的分形几何学。其实,对于数学关系在艺术品中的重要性,向来就被一些美学家和艺术家所肯定。古希腊著名数学家毕达哥拉斯就提出“美在和谐”的观点,这其中“和谐”里很重要的一种数学关系,被毕达哥拉斯学派称为“最美妙的东西”,从而他们认为只要恰到好处地调整好数量比例关系,建筑、雕塑、书法甚至音乐、舞蹈等就能产生最美最和谐的艺术效果。通过我们的视觉就能感受到一种完美。如作品米洛斯的阿芙洛底德、雅典卫城等无不蕴含丰富而又协调的数学比例关系。
  最让人感到美与和谐的比例就是黄金分割比――0.618。
  很多让人们感到很美的东西,比如海螺,其中都有不少奥妙,它的螺纹是遵循黄金分割的!还有一些艺术作品,几个简单的几何体,可是却让我们为之着迷,这是因为它也运用了黄金分割等数学上的手法。黄金分割还影响到我们的审美标准。比如我们都喜欢长腿美女,那是因为她的身体符合黄金比,即从头顶到肚脐的距离比上肚脐到脚跟的距离,而普通人的腿长往往不够。如果你量量你的胳膊,手臂伸直时,从中指到肘关节的距离与肘关节到腋窝的距离的比接近0.618,那么你的胳膊就是很美的。
  把黄金分割比应用于绘画中的例子很多,其中最有名且最先开始的可能就是著名的艺术家达?芬奇了。他之所以成为一位伟大的艺术家,是因为他首先就是一位了不起的数学家。他潜心研究人体结构,他发现了隐藏在人体中的数字与比例,并将这些应用于他的艺术作品中,使得他画笔下的人物都栩栩如生,百看不腻。如果你仔细去研究他的最有名的几幅画,《最后的晚餐》《蒙娜丽莎》等,你肯定会惊喜的发现里面蕴藏了太多太多的黄金分割了!
  二、数学与音乐
  音乐是心灵和情感在声音方面的外化,数学是客观事物高度抽象和逻辑思维的产物。那么,“多情”的音乐与“冷酷”的数学也有关系吗?我的回答是肯定的。数学与音乐之间有着某些相似之处,在一个音乐家的表演水平得到评判以前,首先要确认一个起码的前提:他的音是准的,仅仅是音准并不能使他成为一个音乐家。就象是对一位历史学家的著作只能评判说他没有说瞎话,也是不得要领的。
  数学和音乐是人类精神两种最伟大的产品。它们全然是人造的两个金碧辉煌、自己自足的世界,前者仅用了十个阿拉伯数字和若干符号就造出了一个无限的真的世界,后者仅用了五条线和一些蝌蚪状的音符就造出一个无限的美的世界。
  《春江花月夜》和肖邦小月曲的旋律也是不存在与自然界中的,在大自然中,你绝不会听到类似于人造的、另人着迷的音乐,因为它是你的心声,在数学里,n维空间、无限空间等人造的世界,甚至是“2”、“直线”、“平面”也都是人类精神最抽象的产物。并且,肖邦很注意乐谱的数学规则、形式和结构,有位研究肖邦的专家称肖邦的乐谱“具有乐谱语言的数学特征”。
  我国伟大的思想家孔子曾提过六艺“礼、乐、射、御、书、数”,其中“乐”就是指音乐,“数”就是指数学,这样,孔子就已经把音乐和数学并列在一起了。
  1952年12月在武汉召开的全国聂耳、冼星海作品研讨会上,武汉音乐学院院长曾宣读了一篇引人注目的论文《论义勇军进行曲的数列结构》,该文整个建立在数学基础上,从而提出了一种突破传统式结构理论的观点,论文的新颖不仅引起了轰动,而且引起了音乐工作者的思考,都认为数学和音乐之间可能有一种深奥的内在联系。
  三、数学与文学
  文学和数学看似风马牛不相及的两条道上跑的车,但是其实数学和文学有着奇妙的同一性。文学是以感觉经验的形式传达人类理性思维的成果,而数学则是以理性思维的形式描述人类的感觉经验,两者的同一性在于归根结底在符号上的统一。我国诗中的数学
  数学入诗,使人情趣盎然。如“一去二三里,烟村四五家,楼台六七座,八九十枝花。”宋人邵康的这首诗生动地描写了自然朴实的乡村景象,宛如一幅淡雅的水墨画,然而它却有一半是用数字写出的,诗意的美隐含在数的和谐之中。
  下面分别是一至十起头的唐诗名家诗句,颇有韵味:
  一片冰心在玉壶(王昌龄),两臣开济老臣心(杜甫),
  三军大呼阴山动(岑参),四座无言星欲稀(李顺),
  五湖烟水独忘机(温庭筠),六年西顾空吟哦(韩愈),
  七月七日长生殿(白居易),八骏日行八万里(李商隐),
  九重谁省谏书函(李商隐),十鼓只载数骆驼(韩愈)。
  我一直在谈论数学与艺术,我想告诉大家数学是一门创造性的艺术,因为数学家创造了美好的新概念,因为数学的爱好者们在面临数学问题时的思考是让他们感到愉悦的。我作为一名数学系的学生,我强烈地感受到了这一点,因而我很高兴我通过这篇论文告诉了大家这一点。

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