哲学之外,数学是万物之本,艺术是万物之美,科技是万物之力。先有数学,后有艺术,再有科技。一个作品,能同时拥有数学、艺术和科技,是设计师的一生梦想。海汇美术馆,作为中国第一个被动式美术馆,就是这样一个追梦之作。
图一:海汇美术馆
一、数学是万物之本
数学可以从很多角度被认识。在中国古代,数学叫算术,是“礼乐射御书数”六艺之一;在古希腊,数学有学习、学问、科学之意,被认为是“学问的基础”。
古希腊数学家普洛克拉斯说过:“哪里有数学,哪里就有美。”数学的美,是自然美的客观反映,是内在美的核心要素。数学的美首先体现在自然美之中,比如三角梅的三片花瓣体现了三角形的稳定,五瓣银莲花体现了五边形的和谐。
图二:五瓣银莲花
数学起源于人类早期的生产活动,《易经》中最早提到了“结绳计数”。诞生于公元前1300年的殷商甲骨文数字符号,是结绳计数的象形表示,但不代表数字最早诞生在中国。最早的数字可能是公元前5000年左右的苏美尔人创造的,正是创造了数字,伟大的苏美尔人在西亚的两河流域创造了人类最早的文明中心,这也是人类四大古文明之一古巴比伦文明的重要基础。
约公元300年初,古印度人创造了从1到9的数字及符号“0”。大约在公元700年左右,阿拉伯人接受并改进了这套古印度数字,随后阿拉伯世界见证了数学的巨大发展,古印度数字从此被简称为阿拉伯数字。公元13世纪初,欧洲逐渐接受了阿拉伯数字,从而促进了文艺复兴,诞生了后期的工业革命。
至今,印度人仍有很高的数学优势并以此占据了计算机软件优势,比如印度的乘法口诀,可以口算到19×19=361。其计算逻辑是:第一步:前两数(19)+第四数(9)=28;第二步:28×10=280;第三步:第二数(9)×第四数(9)=81;第四步:280+81=361。
由数学衍生的几何学是物理学的最初基础学。可以说,工业之母是机械,机械之母是物理,物理之母是几何,几何之母是数学,数学之母是数字。柏拉图学园门口曾挂着“不懂几何者不得入内”,当时的几何指的就是数学。公元前6世纪,古希腊数学家曾借助太阳光线,用一根木棒测出了胡夫金字塔的高度,轰动了整个古埃及。
著名的摩西密码发明于1837年,使电报成为了人类最早的数字化通讯方式。电报技术传到中国初期,一字一价,十分昂贵,于是就催生了西方通讯技术在中国的第一个“国产化”项目。国人用地支代替月份,用《平水韵》的韵目代替日期,以字代数,达到了省字省钱的目的。因此,在中国近代历史上就有了“马日事变”、张学良“巧电”、汪精卫“艳电”等“奇怪”的词条。在现代通讯的今天,数学已穿透几何学、物理学、机械学、文字学,直接成为第四次工业革命的主力了。人工智能技术,本质上就是数学,而数字化、数字货币等更是人类最前沿的经济技术话题。
数学追求抽象美和终极真理,指向是现象背后的客观规律,它是抽象严密的逻辑学基础。“天道几何,万品流形先自守;变分无限,孤心测度有同伦”。数学的密码,不局限于勾股玄定理中的“勾三股四弦五”或九宫格中的“15条”,也蕴藏在每个人的生命中。每个人的健康都分三个方面,一是心理健康,二是身体健康,三是知识健康。心理健康看家风,身体健康看自律,知识健康看基础。知识的基础是语数外,数学是人类知识健康的基础要素。学数学的人,都有很好的逻辑思维能力。数学不止于在艺术与科技中的基础作用,在经济学、生物学和医学中也有很重要的“穿透”作用。因此,很多诺贝尔经济学奖得主都是学数学出身。
同样,每个人的生命中都有自己的数字密码。我的生日是1966年农历八月二十七日,当时在农村普遍不知道公历为何物。农历八月二十七日是民间纪念孔子诞辰日,因此,我的生日曾备受村里老人们的重视。1983年,17岁的我报考大学时,学校要求统一填写公历生日,当时并无农历与公历的对照表,于是就随手填了1966年公历10月3日生。巧合的是,1983年农历八月二十七日就是公历10月3日。之后,这个日期每19年重叠一次,分别是我36岁时的2002年和55岁时的2021年。今天是我的第三个生命重叠日,下一个重叠日需要等两个19年,即2059年10月3日,到那时我93岁,但愿还活着。
其实,“19”这个数字是深藏天文奥秘的。“19年共闰7个月”,将我国的农历撮合成了阴阳合历。阴历对应月相变化周期的29.53天,平年12个月,6个大月各30天,6个小月各29天,一年共354天。但以太阳年为单位的阳历,四季循环的周期约为365¼天,《尚书·尧典》云:“期三百有六旬有六日”。因此,必须闰月才能“阴阳平衡”。《左传·文公六年》云:“闰以正时,时以作事,事以厚生,生民之道于是乎在矣”。古人经多年实践发现,三年一闰不够,五年两闰又多,十九年共闰七个月,正好“阴阳平衡”。因此,“19”这个数字就成了我国古代历法的基础“轮回”单元。即十九年为一章,四章为一蔀(bù)(76年),二十蔀为一纪(1520年),三纪为一元(4560年)。
图三:二十八星宿图
1983年,国家改革开放如火如荼,我的大学之梦已经草成;一章后的2002年,国家已走向世界,我的第二次创业已经草成;两章后的2021年,国家进入新时代,我的第四次创业已经草成。我希望到四章后的2059年,能亲眼看到中华民族的伟大复兴。
二、艺术是万物之美
相对于数学和科技,我对艺术的理解是肤浅的。但我知道,艺术之美中深藏着数学之源和科技之力,可以从以下三个方面展开一下。
一是人类劳动与交流催生了歌舞,歌舞催生了音乐和舞台剧。当这个艺术链条遇到因科技而生的电影和电视时,就催生了巨大的现代文艺产业。至于数字在艺术中的应用,最基础的代表是音符,目前最先进的就是影像传播的数字化手段了。
音乐美中也有数学美。比如二弦琴的音程比越简单,和音就越和谐,2:1对应八度音,3:2对应五度音,4:3对应四度音,9:8对应二度音。反之,比例越复杂,音乐越刺耳。正如爱因斯坦所说:“美在本质上终究是简单性。”当音乐反映为数学的简洁性时,它往往给人以美感,给人以纯粹的感觉。
二是人类原始的图文催生了美术,美术催生了工业造型,借助数学与科技的力量,美术往往能催生伟大的艺术作品。传世名画中,不仅要体现黄金分割比例,还要体现斐波纳契数列(从第三数开始,每一数都是前两数之和),比如达芬奇的《最后的晚餐》和《蒙娜丽莎》。
图四:蒙娜丽莎
经典建筑都是艺术品,最能体现数学美,常见的是黄金分割。而对称性是数学美的一个基本内容,中国建筑艺术很好地应用了数学的对称性,比如北京的故宫建筑群。
比例精准且曾是世界最高建筑的胡夫金字塔,包含了很多数学原理,西方研究者有不少惊人的发现,比如:金字塔四壁三角形的面积等于塔高的平方;塔底周长(230.26米×4)除以2倍塔高(未塌落时的146.591米)大约等于圆周率(3.1415);塔高乘以10亿等于地球与太阳之间的距离;地球子午线正好从塔的中心穿过等等。
庞加莱圆盘模型是双曲几何的四种常见模型之一,如下图示:有无数条线通过一个给定的点且平行于一条给定的线。著名网红图书馆天津的“滨海之眼”的设计灵感显然源于庞加莱圆盘模型。
图五:庞加莱圆盘模型
图六:天津“滨海之眼”
同样,日本著名建筑大师安藤忠雄操刀设计的和美术馆,其双螺旋楼梯的设计灵感显然来源于数学上的雅各布线。
图七:雅各布线
图八:和美术馆双螺旋楼梯
三是从人类早期的生活工具陶器到人类的现代工艺品瓷器。
陶器的烧结温度在900℃左右,因此,陶器是人类从旧石器时代发展到新石器时代的标志之一。陶器也曾作为人类的生产工具,公元前8000年左右,人们便开始用陶筹作为计数器。当牧主把羊群交给牧羊人放牧时,双方按照羊的数量,把对应数量的陶筹密封在一个泥球里,之后双方画押为证。待牧羊人回来交差时,双方砸碎泥球,核对羊的数量是否一致。这一计数方法曾被古人延用了5000多年。
瓷器的烧结温度在1200℃-1300℃左右,中国的“原始瓷器”出现在商代。宋代时,名瓷名窑已遍及中国。到了元代,青花瓷在世界上登峰造极了。因此,随着中外交往,瓷器与中国,用同一个英文单词(china)表达了。
我参观过很多世界著名博物馆,有两个博物馆印象特别。一个是埃及博物馆,基本都是远古棺椁和木乃伊;另一个是奥地利夏宫博物馆,其中的一间皇宫卧室,全部用中国的青花瓷盘吊挂装饰,可见瓷器在西方的珍贵性。
艺术呈现了万物之美。瓷器艺术品很多由工匠手作,瓷器从生活用品到成为艺术品,也体现了艺术的发展与变迁。一流的艺术品往往源于一流的艺术家。经验表明,一流的艺术家都是天生的、专业的、敬业的,甚至多数不是大学培养的。
图九:雕塑家李伟作品《行者》
三、科技是万物之力
科技是科学与技术的简称,原指近代西方的科学技术,源于18世纪以蒸汽机为代表的第一次工业革命,19世纪以电气化为代表的第二次工业革命,以及20世纪以电子计算机为代表的第三次工业革命。
古希腊文明是欧洲文明的重要源头。古希腊人认为:直觉和经验不一定靠谱,推理证明才是最可靠的。因此,科技可以引申为“科学地实现”。西方近代“科学地实现”,应归功于欧洲的文艺复兴运动,一举把人从神的桎梏中解放了出来。科技来之十分不易,科技与数学、哲学、宗教、经济、艺术五个维度关系复杂且相互影响重大。
图十:古希腊三贤像
第一,数学是科技的源头与基础。文艺复兴之前,古希腊“几何之父”欧几里得已经著作了《几何原本》,“力学之父”阿基米德已经奠基了数学微积分。同时,中国数学家兼天文学家祖冲之也已经发现了圆周率。文艺复兴之后,西方诞生了“数学王子”高斯,物理学家兼数学家牛顿,哲学家、数学家兼物理学家笛卡尔等。同时也诞生了康德、黑格尔、叔本华、尼采、费尔巴哈等伟大的哲学家。在这种背景下,又诞生了哥白尼、伽利略、牛顿、富兰克林、安培、达尔文、诺贝尔、门捷列夫、伦琴、摩尔根、爱因斯坦等一大批伟大的科学家和亚当·斯密、大卫·李嘉图、马克思、凯恩斯、赫伯特·西蒙、熊彼特等著名的经济学家,从而相继发生了三次工业革命。
值得强调的是,科学与技术有着本质的区别。例如黑火药,中国很早就掌握了“一硝二硫三木炭”的配方之术,但并未掌握其中的化学原理;而立足于化学原理研究出了黄火药,其威力是黑火药的几十倍甚至几百倍。又例如一公斤鲜牛奶大约含540卡路里热量,这大约相当于成年人慢跑十公里所消耗的热量,科学要求按照这个标准饮用并控制体重,而在技术上,每个人多是按照自己胃的感受喝多喝少。
第二,哲学是科技的土壤。古代中国并非无科技,道家很早就研究长生不老的“炼丹术”因而发明了火药,农家在北魏时期集成了《齐民要术》,阴阳家则在阴阳五行学说的基础上发明了指南针等。但是,中国古代哲学多是探究“形而上”的学问,“形而上”诱导“形而下”。比如《庄子》就认为:“天下之治方术者多矣,皆以其有为不可加矣”,并认为“道术将为天下裂”。
一方面,中国古代哲学由于向内追求,以达到人性的完满为目的,所以易生“道”;而西方哲学则向外探寻,以认识自然、征服外在世界为最终目的,所以易生“术”。另一方面,中国古代哲学家几千年来多用“负的方法”思考世界,“负的方法”不说哲学的对象是什么;而西方哲学家则多是用“正的方法”思考世界,“正的方法”则说哲学的对象是什么。因此,文艺复兴之后,西方牢牢掌握了人类现代科技的主导权。
正是中西哲学的不同理想和追求,造成了中西文化的差异,并导致中国近代科技的落后。直到新中国成立后,特别是邓小平提出“科学技术是第一生产力”之后,我国的现代科技才逐步追赶西方。
第三,宗教曾是科技的魔头。一种哲学,加上教条、教规、迷信、仪式和组织等,就构成了一种宗教。《老子》曰:“为学日益,为道日损。”哲学给人以哲理,是形而上的概念,而宗教却要给人以具体的信息,这本是科学的职责。因此,科学在刚刚诞生时,就和宗教格格不入。在科学面前,宗教的权威降低了,科学前进一步,宗教就后退一步,但科学的前进却付出了血和火的代价。文艺复兴前后的几百年,被宗教残害的科学人士成千上万。1600年被教廷烧死在罗马鲜花广场的布鲁诺只是其中之一,当然,布鲁诺的死,更多的原因在于宗教和信仰。为了推翻亚里士多德的地心说,伽利略力挺哥白尼,最后被教廷软禁到死。哥白尼和伽利略都是基于数学家的天文学家,而早在公元415年,世界第一位女数学家希帕蒂娅,就被认为是异教徒,惨死在暴徒手下。直到牛顿发现了万有引力定律,宗教才与科学互分经纬,握手言和。
第四,科技是经济的筋骨。英国学者李约瑟说:“科学是认识和理解宇宙的唯一有效途径,将科学用于掠夺性技术从而增加个人财富是天经地义的。”在过去的250年历史中,人类创造了历史上大约97%的财富,其中大功归于科技。因此,科技对经济的影响是十分巨大的。
公元541年后,中国经济总量曾长期超越西方,大约有三个原因。一是当时西方的中心罗马帝国已经式微,而中国北魏的孝文帝已经迁都洛阳并汉化改革成功。二是西晋“永嘉之乱”后,中原人“衣冠南渡”,“陈林郑黄詹邱何胡”八姓入闽,并已开疆拓荒二百多年。三是《齐民要术》也将近集为大成,极大地促进了生产力发展。但到了文艺复兴之后,西方经济实力借科技之长迅速超过了中国。因此,历史学家黄仁宇说:中国历史上有两大问题,一是缺少“数目字管理”,二是以道德代替法律。
庆幸的是,今天的中国,互联网与数字经济已经得到空前的发展。当前,数学中的素数理论已被用于信息安全技术,有无穷多个素数是现代信息安全技术的基础。著名的哥德巴赫猜想是:任何一个大于2的偶数都可以写成两个素数之和,至今最好的结果是1966年陈景润证明的。因此,中国数学赶超西方,推动中国科技赶超西方,最终推动中国经济赶超西方。
图十一:祖冲之简介
第五,科技与艺术恰如一对恋人。恋人双方都梦想郎才女貌、身魂合一。因此,所有科技类产品都追求一个好造型,正所谓“颜值是生产力,科技是竞争力”。其实,作为一个汽车“老人”,历数自己几十款的汽车造型,却很少有“身魂合一”的得意之作。原因在于,每一款汽车的造型都是对标当年的时尚,迎合四年后的潮流。这其实就是一个数学谬误,即假定对方当前的增长率,虚定自己未来的增长率,企图在四年后超越对方,这在逻辑上就是两个不确定性。因此,汽车造型长期保持自己的风格和DNA非常重要。
图十二:海马7X
我的老朋友小李斯特是奥地利AVL公司的董事长,他的爷爷老李斯特曾在1930年左右任职上海同济大学教授,并于1948年创办了世界三大发动机研发公司之一AVL。小李斯特家族是科技与艺术的典型结合体。一方面,作为发动机世家,创办了世界著名的发动机研究中心;另一方面,作为钢琴世家,又创办了欧洲一流的钢琴演奏厅。但两者的目的是一致的,那就是如何让发动机发出钢琴般的声音。正所谓,物体相碰产生的波为“声”;悦耳之声为“音”;使人积极向上之音为“乐”;乐之灵魂为“韵”。从声到韵,完成了从物理到艺术的升华。物理和艺术的根源都是数学,AVL体现了数学、艺术与科技的完美结合。
图十三:作者与小李斯特先生(右)
谨以此文祝贺中国第一个被动式美术馆落成,并以此文纪念浮生五十五周岁生日!
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行者文楫
海马集团董事长景柱官方正观号