從愛因斯坦的智能結構看科學美和科學美育

摘要：文章首先介紹了愛因斯坦的音樂人生和音樂修養，然后結合多元智能理論有關音樂智能與邏輯-數學智能、空間智能之間聯系的論述，以及愛因斯坦擁有以上三種智能強項對他創建相對論所起到的作用，從科學與藝術之間聯系和交融的角度，論述了科學美的存在及其在學校美育中的功能，探討了在學校中科學美育的必要性和途徑。

關鍵詞：阿爾伯特·愛因斯坦；相對論；科學美；科學美育；智能的結構

中圖分類號：G40-014 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2013）07-0003-05

著名的“錢學森之問”，即“為什么我們的學?？偸桥囵B不出杰出人才？”提出已經兩年多了，各領域和各學科的學者們紛紛給出了不同的答案。身為從事公共藝術教育工作的物理化學教授，筆者在探索這個問題的過程中，同時翻譯了當代著名發展心理學家、藝術心理學家、多元智能理論創始人、美國哈佛大學教育研究生院霍華德·加德納教授的力作《大師的創造力》（原書標題：Creating Minds：An Anatomy of Creativity Seen Through the Lives of FREUD， EINSTEIN， POCASSO， STRAVINSKY， ELIOT， GRAHAM， AND GAHDHI），對于愛因斯坦創建相對論的過程和原因，有了進一步的認識。本文將與讀者分享這方面的收獲，并結合邏輯-數學智能、空間智能與音樂智能之間的聯系，以及愛因斯坦擁有的這三種智能強項在他創建相對論過程中起到的作用，從科學與藝術之間聯系和交融的角度，論述科學美在學校美育中的功能，探討各級各類學?？茖W美育的途徑。

一、愛因斯坦的音樂修養和音樂人生

愛因斯坦從6歲起直到14歲，學習小提琴8年，他不但有音樂天分，而且學習刻苦，童年的時候在母親的鋼琴伴奏下，就能演奏莫扎特和貝多芬的奏鳴曲。

從此，音樂特別是小提琴陪伴了這位物理學家的一生，提到愛因斯坦，人們總是把他和小提琴聯系在一起。在一幅著名的漫畫中：愛因斯坦的臉被畫成一把小提琴，琴弦上不但有音符，還有著名的物理學公式：E=mc2。這幅漫畫生動地表明了愛因斯坦音樂與科學相結合的人生。

科學與藝術的互補性與統一性，使音樂成為愛因斯坦的第二專業或第二職業。不管旅行到那里，他總是攜帶小提琴前往，甚至參加在柏林舉行的科學會議時也如此，目的是和量子論的創始人普朗克、波爾在討論物理學問題的間隙一起演奏音樂。支撐起20世紀科學技術大廈的兩根支柱，是他們創建的相對論和量子論；伴隨他和普朗克、波爾構建物理學大廈并描繪出科學發展藍圖的，是他們演奏出的優美動聽的旋律。

愛因斯坦對音樂非常熱愛，但很少發表評論。成名之后即使有人提問，也很難得到他非常具體的意見。原因很簡單，音樂對于他之所以重要，不在于某些作品風格、曲式、和聲的新穎，也不是某種音樂流派的特征，而是他科學智慧和靈感的源泉。1939年，一家雜志社給愛因斯坦寄來一份答卷，詢問他的音樂愛好，從愛因斯坦所做的回答，可以看出他的音樂修養很高。這份答卷的大意是：

（一）我喜愛的音樂家有巴赫、莫扎特和一些意大利以及英國的老作曲家。我對貝多芬的興趣要差得多，很喜歡舒伯特。

（二）很難說巴赫和莫扎特誰更能吸引我。我并不在音樂中尋求邏輯。總的來說，我全憑直覺，對音樂理論所知甚少。如果我不能憑本能抓住一部作品的內在結構，那我就不會喜歡這部作品。

（三）我一向認為亨德爾的音樂很好，甚至達到了完美無缺的程度。但他的音樂還是有一點兒淺薄。我認為貝多芬的音樂戲劇性過濃，個性過強。

（四）我也很喜歡舒伯特，因為他表達感情的能力很強，并且在旋律創作方面頗具才力。但他幾部篇幅較大的作品在結構上有一定的缺陷，這使我感到困惑不解。

（五）舒曼篇幅較小的作品對我頗有吸引力，因為它們很有獨到之處，感情充沛，但他在形式上顯得比較平庸，使我不能充分地欣賞。我認為門德爾松很有天才，但（他的音樂）似乎缺乏深度。

（六）我認為勃拉姆斯的幾首歌曲和幾部室內樂作品很有價值，其音樂結構也同樣有價值。但他的大部分作品在我看來好像都缺乏一種內在的說服力。

（七）我贊賞瓦格納的創作能力，但我認為他的音樂作品在結構方面有欠缺，這是頹廢的標志。另外我認為他的音樂風格使我不可名狀地感到咄咄逼人，因此他的大多數作品我聽起來都感到厭惡。

（八）我認為理查德·施特勞斯天資過人，但他缺乏意境美，只對表面效果感興趣。我并不是說我對所有的現代音樂都不喜愛。我認為德彪西的音樂纖巧多彩，但結構上有缺陷。這種音樂無法激起我的強烈熱情。[1]

在構思相對論的過程中，在長達數百頁的數學公式推演過程中，常常伴隨著他的，是小提琴和鋼琴的演奏，這已經成為家喻戶曉的美談。但他具有極高的音樂智能和空間智能，這兩項智能強項與邏輯-數學智能相結合，促使他對空間和時間的問題進行了遠比一般物理學家深入的思考，從而促成了相對論的誕生，就不是所有人都很清楚的了。

1905年，身為瑞士伯爾尼專利局小職員的愛因斯坦，年僅26歲，大學本科畢業不過兩年，卻在八周時間里連續發表三篇震驚世界的論文《論動體的電動力學》、《分子熱運動所形成的平靜液體中懸浮粒子的運動》和《有關光的產生和轉化的一個試探性觀點》，分別揭示了狹義相對論原理、布朗運動的數學規律以及光的量子性和光量子具有的能量，如閃電劃破了理論物理學的夜空，創造了人類科學史上的奇跡。他究竟靠的是什么？他驚人的想象力和創造力，他更加驚人的科學研究成果狹義相對論，與他自幼開始、相伴一生的音樂愛好、音樂演奏之間，到底有無關系？若有關系的話，有何關系？

二、從音樂智能與邏輯-數學智能、空間智能的聯系看相對論的創建

屬于發展心理學的多元智能理論，是加德納教授1983年在《智能的結構》一書中創建的。他作為哈佛大學“零點項目”的最早參與者和領導人，被稱為推動美國教育改革的首席科學家，迄今被授予世界各國的27個心理學、教育學、音樂學、醫學、文學、法學榮譽博士學位。多元智能理論對中國制定素質教育方針也起到了重要作用，引起了中央領導人的高度重視。[2]

多元智能理論認為人類的智能（intelligence）不是單一的，而是多種多樣的、各自獨立存在的，每個人與生俱來至少擁有8種以上的智能，其強弱程度各不相同。每種智能均由大腦的特定部位主導，不但與先天遺傳因素有關，也與后天環境、大腦的智力開發有關。這個理論還認為人們的智能結構千差萬別，但在實踐中都需要揚長避短，組合起來解決問題和創造產品。它還認為傳統的智商測試和統一規劃的學校各種考試，僅僅重視左腦的開發和8種智能中的兩種，即語言智能和邏輯-數學智能的測試、開發和利用；忽略了同樣重要的另外6種智能，即音樂智能、空間智能、身體-動覺智能、人際智能、自我認知智能、博物學家智能的發現、開發和利用，存在著極大的片面性，不利于人的全面發展和想象力、創造力的發揮。

加德納定義的音樂智能，“包括音樂的表現能力、創作能力和欣賞能力”[3]。他關于神經心理學的研究表明：“大腦的一部分，大約定位于右半球，對于音樂的感知和創作，的確起著重要的作用?！盵4]愛因斯坦擁有很高的音樂智能，無人懷疑，但音樂智能對于愛因斯坦的偉大創造到底有何作用？

學過近代物理學的人都知道，相對論的創建歸功于愛因斯坦超強的數學邏輯演算推導能力和空間想象力。

音樂與數學之間的聯系是密切的。人類文化史上最早將音樂與哲學、數學結合起來思考的先驅者之一，是古希臘的哲學家、數學家、音樂家畢達哥拉斯（Pythagoras，約公元前580～前500年）。他有一句名言“萬物皆數”，認為音樂的和諧是由于“數”的原因，沒有數也就失去了音樂藝術存在的價值。畢達哥拉斯通過產生音樂的物體表現出音樂與數的關系，從而推論出音程之間的數學比例，提出的“五度相生法”，奠定了西方古代音樂理論的基礎。

柏拉圖（Plato，公元前427年～前347年）在其《文藝對話錄》中，認為音樂是數的藝術，音樂的美是各種數學比例關系的美。柏拉圖從美學角度論述音樂與數的關系?，F代發展心理學家加德納也說：“常見學科中與音樂密切聯系的智能領域，就是數學?！盵5]“如果不能說音樂中存在著高等數學的因素，起碼也能說存在著明顯的數學因素，對此絕不應忽視?！盵6]愛因斯坦所接受的音樂教育、嫻熟的音樂技巧和相伴一生的音樂環境，無疑對他的邏輯-數學智能的發展，起到了重要的作用，間接地促成了相對論的誕生。

如果說愛因斯坦的音樂智能對于創建相對論的作用是間接的，那么他超強空間智能的作用對于創建相對論的作用就是直接的，其重要性完全不亞于他的邏輯—數學智能。

上中學時愛因斯坦就開始思考時間和空間的問題，在自己的大腦中進行有關時間和空間的想象實驗：“少年的愛因斯坦還表現出另外一種明顯的傾向，就是經常提出一些難以回答的問題，然后自己認真思考答案。大約在16歲的時候，他提出了一個可能是當時最有預見性的問題，那就是如果一名觀測者和一束光線等速平行運動，會發生什么現象？這個人能否超越光束？不久以后他又思考，如果一個人隨身攜帶一個盒子，而盒子里裝有某種物品，當這個人沿某個方向下落的時候，盒子從人的口袋里掉了出來，然后盒子里的物品又從盒子里掉了出來，這些物品將會掉到地上還是懸浮在空中？”[7]這兩個想象實驗的最后成果，分別是狹義相對論和廣義相對論，都與時間和空間有關，對人們全面認識時間、空間和宇宙萬物，對于20世紀人類科學技術的進步，起到了巨大的作用。

加德納作為發展心理學家，也肯定愛因斯坦能夠提出相對論，是邏輯-數學智能和空間智能聯合運作的結果：“毫無疑問，愛因斯坦的創造性發現，來源于他善于將空間想象、數學推導、觀察到的現象和基本的哲學問題綜合在一起的能力”[8]，“愛因斯坦不同尋常的超強空間智能，使他能夠理解困擾著其他物理學家的許多問題”[9]。

愛因斯坦曾自問自答：“為什么創建相對論的人不是別人而是我呢？我認為主要原因，是一個正常的成年人不會研究空間和時間的問題，這是他在童年時早已經思考過的問題。但是我的智力發育滯后，所以一直到成年，才開始對時間和空間的問題產生好奇心。因此我對這些問題的思考，比起正常的兒童，自然會更加深入。”[10]這更加證明空間想象力對于創建相對論的重要作用。

筆者早年學習演奏小提琴和指揮樂隊的時候，就體會到空間智能與音樂智能的關系。很多小提琴練習曲如開塞、馬扎斯、克勒最爾等，奏鳴曲式含有的呈示部、展開部、再現部、尾聲的曲式特點，以及交響樂隊總譜表現出的配器規則和權威管弦樂法教材，都充分說明那些樂曲具有嚴謹的內在邏輯，給人以極強的空間感。根據筆者的體會，音樂既是時間的藝術，也是空間的藝術。

加德納的論述與筆者早年音樂生涯的感悟是相符合的：“音樂智能與空間智能之間的聯系，雖然并不那么直接和顯而易見，但很可能是真正存在著的……作曲家所依靠的強大的空間能力，在安排、理解和改編一首樂曲的復雜結構時，是必要的?！盵11]具有一定的空間智能，是藝術創作和欣賞所必須的，也是從事科學技術必不可少的。加德納在多部著作中說明空間智能開發和應用的典型和終極狀態時，都以畢加索為例。解析幾何、拓撲學、畫法幾何、機械制圖等理工科課程的學習，也需要較強空間智能和邏輯-數學智能的聯合運作。

三、科學美是學校美育的重要內容

學過數學和物理兩門課中任意一門的人，恐怕都會因科學理論、方程、實驗所呈現的目不暇接的美感而驚嘆不已，很多人甚至徜徉其中而流連忘返。不少一流的數學家和物理學家，都發出過“數學很美”、“物理學美極了”之類的感慨，承認科學之美是他們刻苦鉆研、獻出一生最重要的甚至是唯一的動力。世界數學大師、美籍華人丘成桐教授就表示“數學很美”是他從事數學研究并取得舉世矚目成就最重要的原因之一：“數學是一門很有意義、很美、同時也很重要的科學?！膶W的最高境界是美，而數學也具有詩歌和散文的內在氣質，達到一定的境界后。也能體會和享受到數學之美。”[12]

1902年獲得諾貝爾物理學獎的荷蘭科學家洛侖茲說：“愛因斯坦的理論具有最高的審美價值，每個愛美的人都希望它是真的?！睈垡蛩固沟囊晃恢只舴蚵˙anesh Hoffmann），后來成了研究他的專家，說出了愛因斯坦成功的奧秘：“愛因斯坦的方法，雖然以淵博的物理學知識為基礎，但在本質上，是美學的、直覺的。我一邊同他談話，一邊盯住瞧他，我才懂得科學的性質；……除了他是牛頓以來最偉大的物理學家以外，我們可以說，他是科學家，更是藝術家，科學的藝術家?！盵13]

既然愛因斯坦科學研究方法本質上是美學的和直覺的，并且和藝術家的方法如此相像，可知世上不但有音樂藝術家、繪畫藝術家、舞蹈藝術家，還有科學的藝術家。他的一位同事，同為普林斯頓高等研究院研究員的羅森（Nattian Rosen）形容愛因斯坦：“在構造一種理論時，他所采取的方法與藝術家所用的方法具有某種共同性，他的目的在于求得簡單性和美。對他來說，美在本質上終究是簡單的?！盵14]這充分說明了愛因斯坦在構思相對論的時候，對科學美的追求既是他苦思冥想的動力，也是他成功的訣竅。

1979年2月，在愛因斯坦誕辰100周年紀念會上，因24歲就推導出相對論形式下的量子力學方程，從而獲1933年諾貝爾物理學獎的英國劍橋大學教授狄拉克說：“愛因斯坦推崇的思想是，凡數學上是美的，在描述物理學方面很可能是有價值的，這是比任何思想都更加重要的思想?！彼€說：“我深信，這個理論（相對論）的基礎比起我們僅僅從實驗數據所能得到的支持要更有力得多。真實的基礎來自這個理論偉大的美。這些基礎起源于這個事實，即愛因斯坦引進的新的空間思想是非常激動人心的，非常優美的，不論將來我們會面臨什么情況，這些思想一定會永垂不朽”，“我認為信仰這個理論的真正理由就在于這個理論本質上的美。這個美必定統治著物理學的整個未來。即使將來出現了與實驗不一致的地方，它也是破壞不了的”。[15]

另一位諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧則這樣評價狄拉克：“狄拉克的靈感來自他對數學美的直覺欣賞，進而天才地寫出他的方程”，“數學的最高境界是結構美，是簡潔的邏輯美，因此他的文章也就給讀者‘秋水文章不染塵’的感受”。[16]

當德國天文學家開普勒把哥白尼的行星軌道由圓形改為橢圓形，并且最終確定太陽在橢圓的一個焦點上時，他高興得跳了起來，喊出的第一句話是：“感謝上帝，讓我看到了美！”

近幾十年來，幾乎同時出現的后現代主義思潮和數字媒體，使千百年來在西方受到人們尊崇的傳統美德——真善美的地位發生動搖，不但真善美的標準越來越混亂，有人對真善美甚至藝術美是否存在都持否定態度。對此，加德納教授感到十分焦慮，2011年8月出版了《重塑真善美》（原題“Truth， Beauty， and Goodness Reframed： Education for the Virtues in the Twenty-First Century”）一書，向教育界以及全社會嚴肅地指出以上現象并敲響了警鐘。他認為對真善美等三項美德的尊崇和追求，是人之所以為人的重要標志，也是教育的重要目標。為此，作者還提出了在后現代主義思潮影響下的數字媒體時代藝術的審美標準以及對青少年進行真善美教育的方法和措施。此書的出版，與當前全球急需解決的教育問題結合緊密，引起了世界范圍內的廣泛關注。

加德納也在書中明確肯定了科學美的存在：“很明顯，對美的感受同樣來自于數不勝數的其他領域。很多科學家和數學家在他們各自學科的表述中發現了美。這些表述是有趣的、令人難忘的?？茖W美的崇拜者說相關的理論、公式和方程非常美，至少我認為是正確的?！盵17]

既然科學求真也求美，科學本身也很美就是否定不了的事實，學校的美育工作怎么能忽視甚至排斥科學審美呢？

麻省理工學院院長查爾斯·維斯特（Charles Vest）于1996年10月25日在藝術委員會的年會上發表了著名的演說《科學教育和藝術教育并重》，深入而精辟地闡述了科學與藝術之間的密切關系：“科學在于把兩個看上去沒有關系的現象聯系在一起，從而得到一些新東西，而這些新東西常常會大大改變我們的生活；我認為這也是藝術的基本特征：尋找聯系，揭示真理，從而改變甚至創造世界。”他要求學生“懂得欣賞藝術，熱愛藝術，也要能欣賞科學中的美，熱愛科學”。[18]

在此特別需要說明的是，會拉小提琴、演奏樂曲，音樂智能和空間智能高超，并不見得能造就科學家，也不一定能催生科學真理。愛因斯坦之所以能創建相對論，除音樂智能的間接因素和空間智能的直接因素，最重要的還是淵博的數學、物理學知識和對科學美的不懈追求。

筆者反對藝術教育萬能或者美育萬能的說法，德智體美只能是德育為先，“美育第一”的口號是錯誤的，吹拉彈唱更不見得能出人才。同時具備科學與藝術修養，才能開闊視野，保持清醒頭腦。“沒有美育的教育是不完全的教育”，“藝術教育不等于美育”這兩個說法是正確的，但遠離科學美的美育，缺少甚至排斥科學美的美育，是不完全的美育，對于學校美育工作來說是很大的缺憾。

參考文獻：

[1][18]沈致隆，齊東海.音樂文化與音樂人生[M].北京：北京大學出版社，2007：282-283.303-304.

[2]參見：李嵐清.李嵐清教育訪談錄[M].北京：人民教育出版社，2003：311-312.

[3][美]霍華德·加德納.重構多元智能[M].沈致襄，譯.北京：中國人民大學出版社，2008：34.

[4][9][美]霍華德·加德納.多元智能新視野[M].沈致隆，譯，北京：中國人民大學出版社，2008：9.218.

[5][6][11][美]霍華德·加德納.智能的結構[M].沈致隆，譯.北京：中國人民大學出版社，2008：154.55.152.

[7][8][10][美]霍華德·加德納.大師的創造力[M].沈致隆，崔蓉暉，陳為峰，譯.北京：中國人民大學出版社，2012：82.95.83.

[12]沈耀峰，齊芳.丘成桐：享受數學之美[N].人民日報，2005-11-15.

[13]愛因斯坦文集（第一卷）[M].許良英，譯.北京：商務印書館，1976：284-285.

[14]Ronald W. Clark. Einstein， The Life and Times[M].London： Hodder and Stoughton， 1973：502.

[15]愛因斯坦傳[EB/OL].http：//www.txt66.com/read2.asp？id=9185PageNum=2.

[16]楊振寧.美與物理學[J].二十一世紀，1997（4）.

[17][美]霍華德·加德納.重塑真善美[M].沈致隆，楊彥捷，譯.北京：中國人民大學出版社，2012：61.

責任編輯：楊孝如

The Beauty and Aesthetic Education of Science Based on

The View of Einstein’s Frames of Mind

SHEN Zhilong

（Center of Art Education Dalian University of Technology， Dalian 116024， China ）

Abstract： Albert Einstein’s musical life and musical accomplishment have been introduced at first. Then the relationships between musical， intelligence， spatial intelligence and logical-mathematical intelligence and the function of the above three strengthened intelligences possessed by Einstein on the creation of the Theory of Relativity have been discussed according to the view of the connection and interaction between sciences and arts. The author argues the existence of the beauty of science and explores its function， and analyses the necessity and methods of aesthetic education of science in schools nowadays.

Key Words： Albert Einstein， the theory of relativity， beauty of science， aesthetic education of science， frames of mind