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探讨黄金分割的自然与科学之美

吴全德 2006年12月27日 17:08

   古希腊人朴素的自然科学研究影响着西方文化和文明的发展。他们重视分析、分解、假设、推理、推导、实验、验证等思维方式。这与东方重视整体、模糊处理、直觉综合、和谐大同、“仁者爱人”等思维方式和思想有明显的差别。

  胡适在《中国的文艺复兴》一文中说“当孟子在对人性的内在美德进行理论探讨时,欧几里德正在完善几何学,正在奠定欧洲的自然科学的基础。”这种说法不全面。东方的中华文明有过比西方更辉煌的历史,但五百多年来,西方经历了继承希腊的文艺复兴和工业革命,使科学和技术快速发展,而中国因封建统治和闭关锁国等原因而衰落。现在应该撷取东西方文明的长处,把它们整合起来,创建中华复兴。 

  “科学中的美和美的科学”,早期属于自然哲学,自古希腊人开始研究,至今约有2500年了。古希腊人喜欢抽象研究。抽象研究又分为逻辑推理研究和形象研究,后者所用的工具有直尺和圆规。代数和平面几何为两者的典型代表。 

  古希腊人曾提出这样一个问题:“一根棍从哪里分割最为美妙?”答案是:“前半段与后半段之比就等于后半段与全长之比”。设全长为1,后半段为x,此式即成为(1-x)∶x = x∶1,其解为x =(-1±5)/2。比值就是著名的黄金分割比值G,G=0.618033988≈0.618。 而且G(1+G)=1,即G和(1+G)互为倒数。 

  偏有一些古希腊人想用形象方法解决黄金分割问题,并获得漂亮的结果。欧几里德(约公元前330~前257年)总结了前人的经验和研究成果,编著了《几何原理》十三卷。这是世界上最早用公理方法叙述的数学著作。其中所载的黄金分割几何问题已引起广泛的兴趣,在科学、艺术、建筑、技术各领域有着广泛的应用,哲学家和美学家也曾反复讨论,不断有文章发表。 

  螺旋在大自然中到处存在,从银河系外的螺旋星云,到地球上的台风、龙卷风、贝壳、动物的角,植物的攀缘,小至生物遗传基因等等。它们中有些令人恐惧,有些令人愉悦,有些令人迷惑不解,但都引起人们的研究兴趣。最早研究螺旋的乃是古希腊人阿基米德(公元前287~前212年)。他的主要贡献是发现杠杆原理、浮力原理和阿基米德螺旋线。 

  自然界的形成、运行、演化、生长、繁衍、消亡等都是有规律的,有些物体可以直接感到自然美,但更多的物体令人迷惑不解。我们深信“天道崇美”,但需要人去探究,揭露其规律,使人感受到深层次的自然美和科学美。这就是“因人而彰”。

  本文介绍和探讨黄金分割律,就是想梳理和探讨这种自然和科学美。人有爱美的天性,而且人本身也是很精美的。“天道崇美,人性好美”有普遍性,无论是天然物品还是人工制品,形态的丑陋必然表明其功能的缺陷,而某些功能的完美,往往伴随着美的外形。探讨黄金分割可能对西方的思维方式和对美的认识有所帮助。

 


摘自《科普创作通讯》  
 
   
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