分子美學探析

【摘 要】科學美學是運用美學理論、觀點和方法認識客觀現(xiàn)象及規(guī)律內(nèi)容美的一門綜合性學科。傳統(tǒng)美學研究的內(nèi)容集中表現(xiàn)在自然界的形式美；表現(xiàn)自然界內(nèi)在規(guī)律的內(nèi)容美則是科學美學研究的對象。本文從美學的角度探析了分子組成、結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)化規(guī)律的形式美和內(nèi)容美，揭示了分子世界中的和諧與秩序。

【關(guān)鍵詞】分子 美學 對稱美 均衡美 和諧美

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810（2014）14-0072-02

化學作為一門基礎(chǔ)自然科學，是從分子水平上研究自然界物質(zhì)存在、運動和變化規(guī)律的學科。初識化學，本人就被化學世界的神奇和化合物分子的優(yōu)美、奇異所吸引，繼而嘗試涉足化合物分子的審美價值研究。本文從美學的角度探析了分子組成、結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)化規(guī)律的形式美和內(nèi)容美，揭示了分子世界中的和諧與秩序。

一 分子結(jié)構(gòu)的對稱美

對稱泛指兩個以上的事物或一個事物的諸方面在數(shù)量上相當或相等，在內(nèi)涵上相對或相近。分子對稱性是構(gòu)成分子的原子個數(shù)及在三維空間的排列方式順序，以某個點、某個線或某個面為分界，其諸方面相對和相向的特性。對稱性是許多化合物分子廣泛存在的一種美學屬性。如圖1的十二面體是一個典型的柏拉圖式分子。它是由12個五元碳環(huán)組成，有20個完全相向的甲川基，20個氫原子全部在多面體的外圍。每個碳原子均以SP雜化，保持理想的四面體特性。所以十二面體具有高度的I對稱。化學結(jié)構(gòu)如此復雜的分子是較為罕見的。表面上觀察此分子只有12個五元碳環(huán)，如果換一種方式計算十二面體的碳環(huán)數(shù)，則具有1188個。

圖2至圖9是幾種分子結(jié)構(gòu)的對稱美、統(tǒng)一美的集中體現(xiàn)。圖2分子的設(shè)計者把二維空間結(jié)構(gòu)引渡到三維空間，以三維空間結(jié)構(gòu)的美感喚起欣賞者的思想共鳴。圖4利用視覺空間的架構(gòu)，體現(xiàn)出結(jié)構(gòu)的美感，又“提把”部分的勾勒，使整個分子結(jié)構(gòu)處在勻稱之中而顯現(xiàn)出一種奇異美。圖7分子的三個三角形骨架并置于一個底邊上，使其共同方面突出出來，從而大大增強了視覺對三角形這一特殊張力的敏感性。

圖2 圖3 圖4 圖5

圖6 圖7 圖8 圖9

圖10是二茂鐵分子的化學結(jié)構(gòu)。也許欣賞者見到如此模樣的分子，會想起夾心面包的美味。此分子具有交叉對稱美的特點，二價鐵離子上下方位的兩個環(huán)戊二烯五元碳環(huán)呈對角均稱。兩個環(huán)與鐵離子之間的組合過程使整個二茂鐵分子具有芳香性，它不僅給人們一種鎮(zhèn)靜自如、疏密和諧的感覺，更突出鐵離子“肩挑兩副重擔”的均衡美。

二 分子結(jié)構(gòu)的奇異美

奇異性和奇特性是喚起人們美感的一個重要因素。大自然的絢麗多彩正是具有奇妙結(jié)構(gòu)和奇異功能的基因——DNA分子創(chuàng)造出來的。

圖10 圖11

圖11是DNA分子的雙螺旋結(jié)構(gòu)模型。DNA分子是傳遞遺傳信息的基本物質(zhì)。生物界生命現(xiàn)象起源也在于此。DNA分子是由腺嘌呤（A）、胸腺嘌呤（T）、鳥嘌呤（G）和胞嘧啶（C）以磷酸二酯鍵連接起來的生物大分子。這四種堿基和諧的交替排列和整齊的互補結(jié)合構(gòu)成了DNA分子傳遞各種遺傳信息的奇妙功能。從結(jié)構(gòu)模型外觀看，多核苷酸鏈的走向取決于核苷酸間磷酸二酯鏈連的走向，兩條鏈之間靠四種核苷酸A J和C間的氫鏈相連合，形成了反向平行的雙螺旋結(jié)構(gòu)，盤旋向上。它充分顯示了DNA分子的奇異美。現(xiàn)代科學家還發(fā)現(xiàn)DNA分子宏觀形態(tài)的奇異美。

圖12是DNA分子鏈的電鍵照片。我們從中可以發(fā)現(xiàn)，DNA分子鏈之間不是靠化學鍵相連在一起的，而是分子鏈之間相互纏繞，DNA分子鏈的纏繞具有拓撲特性。DNA分子中四種堿基以磷酸二酯鍵相連，相互之間又以氫鍵配合，構(gòu)成了其分子結(jié)構(gòu)的剛性美，而DNA分子鏈纏繞的拓撲特性反映了它的柔性美。正是DNA分子剛?cè)嵯酀奶匦詫ι^程是極為重要的。也正是DNA分子結(jié)構(gòu)的奇巧，才使大自然造化之錯綜復雜、奇異多彩。

三 分子結(jié)構(gòu)的均衡美

一個結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定的分子本身無不體現(xiàn)著原子之間各種力的平衡，電荷的均分。分子不是一個僵死的實體，反而在其內(nèi)部存在著原子的各種運動：平動、轉(zhuǎn)動、振動、搖動等，還有電子圍繞原子核的高速旋轉(zhuǎn)。這些運動方式又局限在一定范圍內(nèi)，使分子能保持一個確定的尺寸和形態(tài)，這種分子中力和電荷的均衡美一旦被破壞，其本身也將發(fā)生化學變化，產(chǎn)生新的分子，又重新建立新的分子結(jié)構(gòu)均衡狀態(tài)。苯分子是具有均衡美的代表，它是6個碳原子首尾相連的環(huán)狀分子，每個碳原子上各連接一個氫原子。全分子的12個

原子均處于一個平面上，充分顯示對稱美、嚴整和莊嚴，體現(xiàn)著平面上的均衡美。通常教科書上的苯分子結(jié)構(gòu)模型，并未反映苯分子結(jié)構(gòu)的均衡美。碳原子之間，由于苯分子的共振效應(yīng)，不存在單雙鍵之分，而是處于渾然一體的狀態(tài)。因為苯分子不具有碳碳雙鍵典型的加成反應(yīng)性質(zhì)。在親電取代反應(yīng)中，6個碳原子上的氫原子被取代的幾率是相等的。若是苯分子上的任何一個氫原子被其他原子或基團所取代，那么苯分子結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各種力和電荷的均衡狀態(tài)即被打破，產(chǎn)生分子極化現(xiàn)象，從而不能再具有類似苯分子的均衡美特性。

圖12 圖13

圖13是球芳烴的分子結(jié)構(gòu)，它是一個完美對稱的分子。在此分子中由子球面而產(chǎn)生的曲率張力得到最完美均衡的分子。一般來說，類似于十二面體的柏拉圖式球芳烴的張力總是集中在五元環(huán)的頂角上。分子尺寸的大小決定了其能否存在的可能性。十二面體分子的張力極大，顯得很不穩(wěn)定，只有當每個帶上都連上一個氫原子，分子內(nèi)的曲率張力得到緩解，C2OH2O分子才能存在。而球芳烴具有明顯的芳香性特征，它具有12500個共振式。

四 分子結(jié)構(gòu)的和諧美

和諧是事物或現(xiàn)象諸多方面的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，是一切美的事物的基本特征之一。羅丹說：“美即和諧。”在分子世界中，和諧美體現(xiàn)在分子結(jié)構(gòu)的多個方面和不同的層次：分子中原子組成比例和排列方式秩序的和諧；分子的相對穩(wěn)定性和可變的化學反應(yīng)性的和諧；高聚物分子的有序和無序，剛性與柔性的和諧；人工合成的超分子的主體和客體的和諧；分子反應(yīng)過程中過渡態(tài)的虛與實的和諧等，都是分子和諧的完美體現(xiàn)。

DNA分子順其雙螺旋結(jié)構(gòu)方向每相隔34埃，四種堿基的排列順序則重復一次，整個分子結(jié)構(gòu)就像一首優(yōu)美的音樂，有其和諧的節(jié)奏美感。日本學者大野乾等人，曾用胰島素受體β鏈的部分堿基排列順序配成樂譜，旋律與肖邦的《葬禮進行曲》非常相似，好像在向人們講述自己遭遇的不幸和對整個宇宙的無限深情。

分子結(jié)構(gòu)的和諧美是分子結(jié)構(gòu)對稱美、均衡美、節(jié)奏整齊美學特征的集中體現(xiàn)。分子結(jié)構(gòu)的和諧美是分子美學形式的最高范疇。以上從幾個方面闡述分子美學的審美構(gòu)成。無論諸位還有幾多困惑，試圖否認分子美學屬性，只能是徒勞無益的。我們應(yīng)突破傳統(tǒng)美學的束縛，用科學和發(fā)展的眼光去審視分子的審美價值。分子作為一種的科學藝術(shù)品，它不僅體現(xiàn)物質(zhì)世界的真，也體現(xiàn)了大自然的善與美，同時也體現(xiàn)了人類認識自然、改造自然和創(chuàng)造自然的智慧和力量。

〔責任編輯：高照〕