科学实验的审美价值

2022-03-13 16:36:55 来源：科普中国

当今的科学实验装置复杂，无数研究者对大量数据进行统计分析，这让科学研究蕴含着着集体智慧。从公众理解科学方面来说，早期的传统科学实验，它们更简洁、便于演示。但无论过去还是现在，科学实验都具有审美价值，不仅在于视觉上的感受，也在于对世界的理解。

撰文 | Milena Ivanova （剑桥大学历史与科学哲学系）

编译 | 兵马

人们总是习惯性地认为科学理论的美丽与优雅是重要的，而忽视实验研究中装置设计的精巧，实验设计中的美同样值得我们关注。

人们为了了解和改变周围的世界，创造了科学，包括理论、模型和实验，它们常常获得赞美之词，诸如令人愉悦，或者优美。

从爱因斯坦的相对论、达尔文的进化论这些科学理论，到电子的发现、DNA复制、白光色散等科学实验，科学发现不仅因为揭示了世界的真理而受赞扬，科学发现的过程同样受到赞扬，因为它们是如此的优美、简洁、精巧。

就像人们称赞艺术家具有创造新事物的想象力和才能，人们在称颂科学美学价值的同时也不忘称赞科学家们，称赞他们有艺术家般的创造天赋。实验科学中同样存在充满吸引力的艺术空间，却往往被人们所忽略。下面我们将看到，科学实验可以被当作艺术来欣赏，它们可以和艺术品一起成为公共景观，唤起我们审美上的体验。

著名科学实验中的美学

回溯实验科学的起源，当17世纪的自然哲学家在公众场合演示科学实验的时候，实验科学就已经被贴上了艺术的标签。实验科学，作为一种揭示自然或干预自然的行为被文献所记载可以追溯到1620年出版的《新工具》(Novum Organum)，作者弗朗西斯·培根（Francis Bacon）在书中强调了实验在形成关于世界假说，以及验证假说正确性方面的重要贡献。

实验成为科学研究经验方法的核心，借助新的实验仪器，再加上不断的尝试和重复，自然哲学家们能够探索那些长期无人触碰的领域，将对世界的未知变成已知。在这个时期，学者们采用新发明的气泵研究真空；牛顿利用棱镜分解自然光；光学器件和透镜的进步促进了新仪器的发展，让科学家的研究之路走的更远。一时间，这些实验成为理解新发明以及由此产生的新发现的关键。

约瑟夫·赖特 (Joseph Wright) 创作于1768年的《气泵里鸟的实验》

约瑟夫·赖特（Joseph Wright，常被称为德比郡的约瑟夫·赖特）的名画《气泵里的鸟实验》（An experiment on a bird with The air pump）出色地描绘了实验本身的行为艺术特质，以及实验在唤起观众审美反应的丰富形式。画的中间是实验操作者，但更像是一个表演者。他不仅仅在向观众展示实验本身，也扮演控制现场气氛的角色，挑逗观众的情绪，触发人们的敬畏感，或者让人们觉得这是一场娱乐。当气缸中的空气被气泵慢慢抽走，那只不幸的鸟奄奄一息，观众丰富的表情被生动地画了下来，有着迷、敬畏、高兴、也有因为这份神秘所带来的恐惧。英国化学家约瑟夫·普利斯特里（Joseph Priestley）曾明确表示，这些体验已经超越了向公众展示现象这个出发点本身。他在笔记中记录下电流实验之后大家的反应，在他的描述里，“这是最令人愉快的景象”，给观众的感受是敬畏、兴奋、愉悦。

这些科学实验中非常重要的一点是它们的演示性，观众们可以马上看到实验结果，感受到变化。以气泵实验为例，观众们可以直观地看到在气泵的作用下气体减少后的结果，这点和戏剧表演的欣赏性类似，能够带给观众直观的感受并给予赞赏。值得注意的是，这个时代的科学实验的审美价值很容易被欣赏，即实验具有能够带来视觉愉悦的特征，譬如牛顿手中的棱镜，带给人美丽的彩虹。但是，这些特点是传统实验独有的特性吗，现代实验是否同样可以被欣赏呢？

现代科学实验中的美学

尽管科学实验在过去的几个世纪里发生了巨大的变化，但是历史上仍然不乏伟大的实验，即便在今天仍然值得纪念，沥青滴漏实验（Pitch drop experiment）就是一个很好的例证，这恐怕是历史上历时最久的一个实验。沥青滴漏的设计者来自昆士兰大学物理系的托马斯·帕内尔（Thomas Parnell），他将沥青置于透明的玻璃漏斗里，用来展示高粘性流体的性质，看似固体的沥青其实是流体。实验从1927年开始持续到现在，一共滴下9滴，最新的一滴是在2014年4月，预计第10滴将在2020年代的某个时候发生[1]。这个实验的设计中包含很多早期实验的特征，如实验装置的简单性，视觉上带给人的愉悦性，以及方便放在公众场合，它所要表达的内容很容易被展示，因而容易唤起公众的热情提高参与度，同时欣赏到其设计的优雅。

昆士兰大学的沥青滴漏实验，为了证明沥青的粘度

如果说沥青滴漏实验身上还有很多英国皇家学会早期实验的影子，但是却与当今的科学实验相去甚远。如今，实验装置看起来越来越复杂，而且对于向公众开放这件事情也变得没有以往那么简单。一些大型实验装置，以欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（Large Hadron Collider）为例，它是一个及其复杂的装置，是数千名科学家联合协作的产物，它所开展的实验超越了国家的界限，获得一个实验结果需要大量长期复杂的运算。

相对于现代科学实验，早期科学非常简单，并且可以马上观察到实验结果；例如抽真空泵实验，人们可以马上看到抽真空带来的效果。但是现代的科学实验缺乏这种即时性的特征，大型强子对撞机上的实验，它的测量结果首先需要经历一个统计分析的过程，然后科学家们才可以发布是否检测到了某些“物质”的结论，就像希格斯玻色子的发现同样经历了冗长的分析和复议过程。

那么，能否说现代实验从美学的角度没有任何令人愉快的点呢？恰恰相反，纵使这些实验过于复杂，且获得实验的过程有点慢，但是这些实验中仍然可以带给人视觉上的美感。在欧洲的核子研究中心，人们可以以参观者的身份，近距离感受它规模上的宏大与工作过程的复杂，同时在参观过程中也讲体会到，如此超大规模的设计已经不仅仅是个人力量所能实现，其中包含了众多人的智慧和协作，表面上看它是一个装置，实际上封装的是一个群体的创造力。

美的重要性

我们评价实验的美可以是多样的，它们可以是实验设计背后的创造性思维，可以是实验过程设计的合理性，可以是实验结果的优雅和漂亮。实验结果本身可以非常美丽，譬如棱镜后面的彩虹，显微镜下的晶体。当然实验装置以及实验过程本身也可以包含美的元素，实验中的美需要一双具有审美能力的眼睛。

当一个实验走进公众的视野成为被关注对象，人们在被实验本身的魅力吸引之后会想更多的了解实验的目的，以及如何实现这个目标。

所以，表面上的视觉感召吸引我们关注实验，参与实验，继而发现更深层次的美，这种美可以来自于对实验设计或实验意义的深入理解，从而增加对这个世界的理解。我想，正是实验设计和意义之间的相互作用成就了实验的美学价值。但是，不要忽略了，实验最初的视觉感受对于激发人们关注并参与实验起到的非常重要的作用。

参考文献

[1] Pitch Drop experiment - School of Mathematics and Physics - University of Queensland (uq.edu.au)

本文译自Milena Ivanova, The Beauty of Experiments Matters

原文链接：https://iai.tv/articles/the-beauty-of-experiments-matters-auid-2038

特别提示

1. 进入『返朴』微信公众号底部菜单“精品专栏“，可查阅不同主题系列科普文章。

2. 『返朴』提供按月检索文章功能。关注公众号，回复四位数组成的年份+月份，如“1903”，可获取2019年3月的文章索引，以此类推。

版权说明：欢迎个人转发，任何形式的媒体或机构未经授权，不得转载和摘编。转载授权请在「返朴」微信公众号内联系后台。