第一节
科学与艺术

一、科学之美

科学作为自然哲学的产物，以划分分门别类的学科的方式来研究学问，是西方文化的产物。

一门学科要成为“学”即达到科学形态，按照古典的要求，必须符合几个基本条件：

①有一批基本概念；

②这些概念的定义是明确的，逻辑是一贯的；

③按照逻辑形成一个完整的体系。

以上三点构成一门学科的理论形态。

这个理论形态要成为科学，还必须具备最后一个，也是最重要的一个性质——它的理论是普遍有效的。

西方“学”在文字上，通常有一个后缀“logy”，从这个词源看包含了“学”的两大基本特征：一是道（逻各斯），二是具有普遍性。

逻各斯（希腊语：λόγος，英语：Logos），是古希腊哲学、西方哲学及基督教神学的重要概念。

古希腊早期由哲学家赫拉克利特提出的，这时期的哲学家以自然哲学为关注点，赫拉克利特所提出“世界是一团永不熄灭的火焰，按照一定尺度燃烧和熄灭”，这里所提出的尺度就是逻各斯，逻各斯是一种普遍规律的理性，它存在于主客观世界，在客观世界它是规律秩序，在主观世界它是逻辑理性。

“道”是以严密的逻辑形式表现出来的，也就是必然的导出。我们日常生活中常常会说“底层逻辑”，或者形容一个人讲话逻辑性很强，而这恰恰表达了一个和传统观念相悖的理论“形式决定内容”，而非“内容决定形式”。要理解这个观点就要理解逻辑形式的集大成者——亚里士多德。他对于此前哲学家对于客观世界的认知做了一个总结：四因论。

四因论是由古希腊哲学家亚里士多德提出的一种观点，即世界的运动变化应该来源于四类因素的影响——质料因、形式因、动力因、目的因。

质料因

质料表示事物的性质和内容（譬如：桌子的木头）

形式因

形式表示事物存在的方式或状态（譬如：桌子的图纸或设计）

动力因

动力表明事物在质料和形式之间不断转变或运动的力量（譬如：桌子的建造者）

目的因

目的则表明事物发展变化的目标状态或缘由（譬如：桌子是为了放东西或供做事情用）

早期的古希腊哲人分为两派：

1．第一派是以泰勒斯为首的一批哲学家

以感官之所及的实体为真正不变的存在，认为只要把握到这表象下不变的存在就能把握自然对象。从泰勒斯提出“水为万物之源”到他的弟子阿那克西曼德的“无定形”，再到阿那克西美尼的“气”，赫拉克利特的“火”，阿那克萨戈拉的“种子”，恩培多克勒的“水、火、土、气”，直到留基博和他的弟子德谟克里特一路探索出现代物理学的前身“原子论”。这些都是建立在感官直接触及的可经验自然实体上进行探讨，可理解为“唯物论”的“物”本身或组成“物”的基本组成单元。这也是亚里士多德四因论的第一因——质料因。因为一涉及万物为什么会有区别，自然就会想到是物体内容的质料不同——人是细胞组成的，房子是泥土组成的，衣服是动植物纤维组成的。

古希腊科学家、哲学家、思想家。

希腊最早的哲学学派——米利都学派创始人，是希腊七贤之一，西方哲学之父，开启了哲学史的“本体论转向”。

2．第二派则是以毕达哥拉斯为代表的哲学家

古希腊数学家、哲学家。第一个注重“数”的人。提出了毕达哥拉斯定理（勾股定理），被称为现代数学之父。

不以感官之所及的实体为不变的存在，而是以精密逻辑下的数论形式等逻辑作为实体，认为这才是不变的。这构成了亚里士多德四因论的第二因——形式因。（此形式非直观所见的外物的形态）

所谓的本原全部都是基于感性逻辑和理性逻辑对“对应信息”的整顿，所以既往哲学所谓的客观存在全部都是指“属性存在”。属性即信息，比如我们直观触及的世界万物都是被我们五感所扭曲整顿的，再比如非直观的原子、分子、细胞都是基于我们的理想逻辑模型对“对应信息”的整顿。

由此彰显出现代“学”科的理性精神。欧式几何由五大公理严格地证明形成体系，是一切科学的范本。几何学是完全抽象的，它的三角形不是任何现实中的三角形，却又是普遍有效的，任何现实的三角形都服从三角形定理。

人都会生老病死，不断变化。但“人”这个定义却是永恒存在的。世界上任何一栋房屋都会垮塌消失，但房屋却永远都会存在，因为它的概念留在了人的认知中，人可以重建房屋。任何一张实体的椅子都会破溃消亡，但“椅子”这个概念却永远都在，因为它存在于工匠的脑子里，这就是“形式决定内容”。

近代，牛顿力学又以欧式几何相同的精神圣化了“学”的含义，把整个宇宙规律化了。从古希腊开始的西方美学的形式美演化过程看，自毕达哥拉斯的数为万物之源开始，经过柏拉图的本体理式，到亚里士多德的逻辑形式，再到欧几里得的形论证明，最后托勒密在宇宙图式中得到定型，都表现出几个方面的特征：

①形式美与宇宙的根本规律相关联，换句话说，宇宙的形式从根本上是美的；

②人是一个“小宇宙”，形式美典型地体现在人的形体中，换句话说，人体的形体从根本上说是美的；

③几何学构成了形式美的主要支柱和理论结构，因此形式美主要以几何学词汇作为核心，这就是比例。

在毕达哥拉斯那里，宇宙的本原是数，比例是数之美的本质；在赫拉克利特那里，宇宙的本质是逻各斯，比例是逻各斯之美的体现。在这一演进中，哲学的本体由数到逻各斯进行演变，但比例作为事物之美之道却始终如一。自此而后，从柏拉图到亚里士多德到欧几里得再到托勒密，比例为事物之美之道一直未变。

比例是美的根本。因此，宇宙的根本大美，显示为一种美的比例；人体的本质之美，显示为一种美的比例；推而广之，宇宙间一切事物之所以美，都因为有一种美的比例。黄金分割或黄金比例以理性的形式被运用到艺术创作的方方面面，成为古希腊人美的标准。

雕塑界中，波利克里托斯的《持矛者》成为人体美的典范。因此雕塑又被命名为《典范》，因为它确实成了古希腊和以后形式美的典范。何以如此？在于它呈现出了比例的典型。

《持矛者》雕塑呈现的比例，由后来的理论家如古罗马的维特鲁威从各部分之间的比例进行了总结：头部与身高之比为1∶7，从颚部到前额上部（发根）的距离等于整个人体长度的十分之一，从发际到下颏的面部的距离等于全身长度的十分之一，等等。

还有现代学者鲍尔斯从整体与部分的比例来进行总结：以中指的宽度作为一个单位，身体的其他部位的尺度都是由这个单位来规定；更在于它显示了一座雕塑按“对立方式保持躯体平衡”的对应关系。这个词字面上的意思是雕塑的身体的重量应由一条腿来承担，另一条腿弯曲，靠其脚趾支在地面保持平衡，同时整个人体的肩、髋、腿形成一种优美的动态平衡。

具体在《持矛者》里，人体右腿支撑身体的大部分重量，左腿呈放松状，略有弯曲。双肩的连线与两胯的连线组成两条不平行的斜线。纵向看，整个身体呈现出一个倒S曲线。这条曲线从头顶开始，通过脖颈、躯干、右腿，最后结束在右脚趾下。再来看看这尊像的双臂。他的左臂弯曲，手中持矛（已失），呈紧张状；右臂松弛，垂在体侧。观者可以注意到这种松弛与紧张的对应。

毕达哥拉斯的比例体现在人体的各部分之间，以及整体与部分之间的比例上；而用这种比例“对应”概念，来表达如何让对立的双方达到和谐统一，即把逻各斯一词看成宇宙之道，同时又让比例成为逻各斯的赫拉克利特所表达的动态和谐。

文学上、音乐中、绘画里的比例更是不胜枚举。以至于柏拉图学园的门牌上写着“不懂几何，切莫入内”。这里的几何并非仅指哲学或数学，更是对美学的思考——只有洞悉几何中比例之间的精妙，才能进行正确的美学思考。

有一个地方“Academy”，译为“学园”或“柏拉图学园”，它位于雅典城的西北郊，曾是一个古代英雄的纪念地。

公元前387年，古希腊的伟大哲学家柏拉图，在这里建成一座学园，旨在探讨世界上最深刻的哲学，培养世界上最睿智的头脑，来实践世界上最理想的政治。门口写着“不懂几何，切莫入内”这句话，千百年来，一直为人们咀嚼、玩味。

比例中的无理数虽然对于古希腊思想来说是一个心病，但对于古希腊美学来说却了无妨碍。以比例为中心的形式美，在古希腊以几何精神放出了迷人的光彩。只要理解了从毕达哥拉斯到欧几里得再到托勒密的理论中比例的重要性，理解了比例就是逻各斯，就是宇宙的根本之道，就可能理解柏拉图何以把理式作为美的本质。

当代著名科学理论家德瑞克·约翰·德索拉·普赖斯指出，在地中海文化中，古希腊人重几何，巴比伦人重算术，不同的侧重形成两种不同的比例理论。一种是几何的、静态的，一种是算术的、动态的。两种比例理论既是内在统一的，又是可以互通互换的，古希腊人在这统一中突出的是几何比例。

整个古希腊的美学思想，从毕达哥拉斯的五角星和天体音乐，到柏拉图的五种基本图形，再到欧几里得的《几何原本》，比例的几何特性非常突出。当亚历山大东征以后，古希腊的几何和巴比伦的算术才在新的时代潮流中结合起来。在这一结合中产生的托勒密的《天文学大成》既显出了几何的视觉美，又显出了运算的精密性，为近代的科学革命奠定了基础，也为形式美的大潮转向铺平了道路。

比例是道，是理式，体现为基本的几何形状，如圆形、三角形、方形，是人体之美，也是建筑、雕塑、音乐以及一切艺术之美。形式美的理论，近代增加了数列为核心的形式美，当代又扩充了以分形为核心的形式美，可以说都是比例的进一步发展延伸。

形式美当然不仅仅体现在比例上，除了“形”“式”之外，还有“光”和“色彩”。近代的体现为牛顿的万有引力定律，而现代的相对论和量子力学把这一问题推向一个崭新的阶段，从而让西方美学形式美的内在结构呈现出三个方面：形的原理、色的原理、结构原理。

二、艺术之光

《创世记》说：“上帝说要有光，于是就有了光。”但真实的世界，对于“光”的认识是随着近代科学的发展不断体现出来的。

西方的形式美理论有一个很奇特的现象：对色彩的忽视，以至于色彩理论在近代才进入理论的主流之中。

从几何比例到斐氏数列到分形理论，形体的内容都是“形”，而没有“色”的地位。古希腊人是看重视觉的，但重视的也是与视觉相接的“形”，而不是由视觉感知的“色”。古希腊的人体美讲的是形的比例，而不是人的肤色或气色。柏拉图的“理式”强调的也是由心灵之眼看到的形之式。在由几何学而来的西方科学型思维中，色不好把握，故而被排斥在本体思考之外。

在古希腊形成的科学的确定性倾向的思维模式中，毕达哥拉斯、柏拉图、亚里士多德和欧几里得的理论成果，完全与色彩无关。在近代科学思想的形成中，哥白尼、伽利略、开普勒堪称重要的科学发现，也统统与色彩无关。

牛顿的扛鼎之作《自然哲学的数学原理》也不涉及色彩。只是当牛顿在完成了重力、运动、微积分等重大发现之后，才开始审视色彩理论的核心——光。

“光”到底是什么呢？

一种观点认为是微粒，另一种观点认为是波。牛顿赞成微粒说，即光是由微粒构成的，这些微粒从物体发出传到眼睛而形成颜色。由此而始，一场关于光是微粒还是波的争论开始上演。

最初的160多年，微粒说因牛顿的学术声誉和权威性取得了压倒性胜利。然而，由于从惠更斯到托马斯·杨再到麦克斯韦的连续努力，波动说由弱而强，声势突起。最后爱因斯坦把波与微粒统一了起来——光同时具有波和微粒的双重性质，提出“一切物质都同时具有波与微粒的特质”。

波粒二象性理论把光提到了与形一样的高位。这个具有普遍性的科学理论，在文化上使形式美中色的重要性得到提高，而且把色与形的关系做了更深的推进。

与波粒二象性紧密相关且进一步说明的是德国物理学家海森堡在1927年提出的测不准原理。该原理表明：“一个微观粒子的某些物理量（如位置和动量，或方位角与动量矩，还有时间和能量等），不可能同时具有确定的数值，其中某个量越确定，另一个量的不确定程度就越大。”

丹麦物理学家玻尔支持测不准原理而又对之进行补充，“任何事物都有许多不同的侧面，对于同一研究对象，一方面，承认了它的一些侧面就不得不放弃其另一些侧面，在这种意义上它们是‘互斥’的；另一方面，那些另一些侧面却又不可完全废除，因为在适当的条件下，人们还必须用到它们，在这种意义上说二者又是‘互补’的”。

于是，世纪之争开始了。

爱因斯坦说，上帝不掷骰子。玻尔笑笑说，别去指挥上帝怎么做。而霍金说，根据量子力学的理论，上帝不仅掷骰子，有时还把骰子掷到我们看不到的地方去。波粒二象性、测不准原理、互补原理在提高光的重要性的同时，也改变了对色与形关系的认识，而且改变了对形和色各自的认识。

形式美，除了形体的比例、色彩的组合之外，还有种虚实的整体结合。这一整体结构的哲学基础，在古代是由原子和虚空而来的宇宙观，在近代是由万有引力而来的宇宙观，在当代则是由相对论和量子论而来的宇宙观。

光，既可是粒子，也可是波。

前者为实，后者为虚，但这虚的光体现为波，可由波长来测量，又体现为色，特别是光与时间、空间、物质、能量关联起来，形成一种新的图景。在其相互转换之中，时间和能量都具有虚的性质，而这虚又由空间之中的物体和物体所在的空间体现出来，因此，世界是一个虚实相生的世界。

美的不确定性由此而来。从这一层意义上看，“上帝说要有光，于是就有了光”，就有了物理学和艺术上五彩缤纷的呈现。现代色彩学已经深深地认识到：从光到色不仅是一个纯客观的结果，而且必须要加上作为主体的人的作用。

光为什么可以呈现颜色？除了固定波长和光的散射效应之外，还在于人的视网膜后面的感光细胞，一是视杆细胞，一是视锥细胞。前者用于夜间微弱星光下的视觉调整，后者用于白天一般日光下的视觉调整。视杆细胞极为敏感，发出信号，对单一的光子进行吸收。视锥细胞有红、绿、蓝三种，因每种内含的一种色素优先吸收光谱中一个区域的光（短波长光、中波长光、长波长光）而得名。

感光细胞产生信号，传给双极细胞，再由之传给视网膜神经节细胞，又通过视神经视觉信息传送到大脑，传递过程全是通过神经脉冲而实现的。依靠人体的这一整套工作（包括对颜色进行编码等），具体的物体方得在人眼中呈现出色彩。而仅仅以食草为生或以食肉为生的动物，由于没有人的这一套器官装置，一般都是色盲，物体对于它们而言就无所谓色彩。

希伯来文化是重视光的，正如古希腊文化信仰的光是光明之神阿波罗的光。光主要体现为视觉结果，建筑和雕塑在阳光下呈现出某些色彩，但其本色并非如此，所以美学的理性体现在几何学的美的形体和抽象的形式上。

在基督教最有影响力的中世纪，基督教徒心目中的光也不是来自外部，按照基督教的教义，是圣灵的外向表现，是沟通这个世界同其他世界的桥梁；光发自灵魂，是灵魂由此空间进入彼空间、从此时间进入彼时间的载体。

中世纪的艺术家也认为，光是某种具有灵性的东西，它或表现为光环，或表现为内气的外溢。在《圣经》的字里行间中，光总带有神圣的气氛，甚至被认为谁的眼睛能够从字里行间中看到神圣的灵魂，谁就能得到神的庇佑。

文艺复兴把神学的内在之光变成科学的外在之光。在以形为主的传统观念的暗中影响下，传统绘画的程序里，色彩一向是到最后才加到画面上去的。当光在科学上走向荣誉高峰的同时，在绘画里，画家为色彩占据高位展开的斗争取得了胜利。

为强调光的作用，达·芬奇创造了晕染法；到了提香那里，色彩具有了高于素描的突出地位；最后卡拉瓦乔将光的明暗法贯穿他所有的艺术创作中，诞生了巴洛克风格。

现代科学改变了形式美在色彩上的物理前提，我们的眼睛所看到的不同颜色出自不同的波长。当物体以接近光的速度冲向观测者时，其光色要带上蓝色调，远去时则带上红色调。从而红色代表膨胀和远离，蓝色则代表收缩和接近。正如星系的红移确凿地告诉人类，宇宙正处于膨胀之中。

于是在科学与艺术的结合中，蓝色一跃而成为艺术中的主色。蓝色在被莫奈、高更和凡·高用来表现高能量状态之后，逐渐占据了一幅又一幅19世纪末画作的中心地位。

从艺术家的创作历程不难看出，光创造了色彩，光衍生出色彩，没有光，色彩也将暗淡无光。

最先使观者从单纯的色彩本身感受到欢愉。

用色彩表现情绪。

创造出以纯粹的色彩小点排布构图的手法。

塞尚用色彩取代了线条、阴影和透视原理等关键成分。

马蒂斯宣称：色彩在绘画的所有成分中是最重要的一项。

三、视错觉与审美设计

光让眼睛看到了世界，但眼睛是会骗人的。

视错觉并不是眼睛造成的，而是人类的大脑在分辨眼睛传来的信号时做出的错误判断。顾名思义，错觉就是对客观事物不正确的知觉。它是一种特殊的知觉，其产生的原因是外界的客观刺激，因此不是通过主观努力就可以纠正的。错觉不存在个体差异。

科学家已经证明视觉是在脑中产生，而不是在眼睛里，一个人的个体经验会影响一个人的视觉作用，并且决定他看到的内容。理解了视错觉的原理，如果能在审美设计时善加利用，就可以让求美者在三维空间中的幻象变美、变好看。

公元前4世纪的亚里士多德认为，地平线附近的月球看起来比较大是地球大气层的放大作用造成的。可其实大气层只能让月球颜色改变，却不能放大或扩张它。事实上，当月球在地平线附近时会比在高空中看到的小1.5%，因为它的距离远了接近一个地球的半径。

可你为什么反而觉得地平线上的月亮看起来更大一些呢？

这是大脑对我们玩的一个“小把戏”。照片证明，月亮在地平线附近与在高空时的宽度相同，你肉眼感知的误差根源于大脑视觉信息处理方式的错觉。

视错觉中被研究得最多的一种，就是几何视错觉，即视觉上的大小、长度、面积、形状、方向、角度等几何构成和实际测得的数字有明显差别的视错觉。包括长度错觉、色彩错觉、形状错觉、方向错觉、大小错觉等。

（一）长度错觉

我们先来看看长度错觉：原本等长的线条在某些条件下看起来长度不同。

我们看上图这两条红线。上面的红线似乎比下面的红线要长，但其实它们的长度是一样的。这个错觉现象是心理学家马里奥·庞佐在1911年发现的，被称为“庞佐错觉”。

庞佐错觉描述了这样一幅景象：两条直线像铁轨一样向远方延伸，而在不同距离上有另外两条等长的横线。令人惊讶的是，这两条横线看起来并不一样长。

所有的照片或者说把3D场景转化为2D时都会出现这样的现象：远处的物体越来越小，近处的物体越来越大。于是在上图中上面（远处）的红线似乎更长。因为在平面图像中，我们会自动将图片上部分的线条理解为距离较远的物体，位于更远处的物体必然比近处看起来的物体实际更大，所以人类的视觉系统会自动将其视为更长。

这就是透视假设——大脑对于距离的处理方式迫使你看到这样的景象，这与绘画中的强迫透视同理。也就是说，因为背景因素，使我们会不自觉地将二维画面理解成为三维世界。背景底部的长条看起来很像一条铁轨，而在三维世界中，远距离的东西，通常要显得更大。

长度错觉在面容上的体现来自眼裂之间的距离。当两侧眼裂的距离较远时，面宽的距离除了受颧弓宽影响，视觉上还会被双眼距离所改变，横向拉宽了脸的宽度。

脸型的长宽除了本身真实的长度与宽度之比，还会受到横向五官宽度和纵向五官距离的影响。

（二）色彩错觉

1．赫尔曼网格错觉

有时候我们还会看到那些并不存在的东西，赫尔曼网格错觉就是一个很好的例子。

注意看赫尔曼网格错觉图中每个交叉点中心的点，你是否感受到它们在白色和黑色之间切换着呢？

虽然画面中真实存在着黑色块和白色的点，但高对比度黑白区域欺骗了我们的眼睛，使视线在到达每个十字区域时感知到黑色圆圈。这种幻觉来自我们的视网膜组织。

一些视觉细胞会从黑方块中提取信号（弱信号），其他细胞则从灰色交叉线条和小白点中提取信号（强信号）。这两种信号交叉混合，互相打架，所以我们就看到了小黑点。不过这时候你可以变成裁判：盯着任意一个小白点看的时候，它们就都老实了！

2．康士维错觉

A和B哪个颜色更深呢？

你一定会觉得A的颜色更深对吧？但如果你尝试用手指挡住中间部分，你就会发现它们的颜色是一样的。这叫作康士维错觉。事实上，视觉是受到了中间渐变区域的影响，让我们对整体大面积的亮度有了错误的感知。但事实上，A和B的颜色是完全一样的。

（三）形状错觉

将一正方形放在有多个同心圆的背景上，其对角线交叉点与圆心重合，此时这个正方形的四条边看起来会向内弯曲。这就是奥尔比逊错觉。

数条平行线之间若存在多列不对齐的黑色方块，在视觉上，我们很容易认为水平区域的那些线条是倾斜无规则的。但事实上它们是直而平行的。垂直区域的那些方块所产生的锯齿形图案会破坏我们的水平感知。

在两束放射线上画一对平行线，可以产生与上一张类似的视错觉效果。因为背景线条的影响，会让我们感觉平行线条看起来是弯曲的，但事实上，它们是完全平直的。

（四）方向错觉

请问，下面这张脸是正脸还是侧脸？

猜你第一眼看见这张图一定会觉得这是侧面像，对吧？

其实这张图片给了你一个提示：眼睛。除非这个人是条鱼，否则侧面像的眼睛怎么可能长这样？试着突破你的视觉束缚，再仔细看看？通过对图像轮廓的错觉裁剪，你的大脑会自动匹配你最熟悉的轮廓从而忽略掉“眼睛”。即使你努力地要把它看成是正面像，大脑还是会在侧面与正面的认知之间和你较劲！

教你一个最简单的方法来战胜大脑：盯着他的耳朵仔细看几秒钟……

（五）大小错觉

我们的眼中，一个物体的“大小”可以用角度（它对向眼睛的角度，对应它在视野中所占的比例）或实际的尺寸（真实的大小测量单位，例如cm、m）来量度。只要人能区分开，这两个概念是相当清楚的。

为什么耳朵相对明显的时候脸会显小呢？我们拿同样大小的脸来对比，耳朵会变成参照物，耳朵比较明显，就相对缩小了脸的视觉面积；耳朵不明显，就会凸显脸的存在感。

同理，头顶发际线区域大，脸的外部面积大，就会显得脸的面积小。

理解了视错觉的概念就可以利用视错觉进行审美设计。

左图被称为艾宾浩斯错觉：两个中心圆，其中上方的中心圆被较小的圆围绕，下方的中心圆被较大的圆围绕；被小圆围绕的圆看起来要比大圆围绕的圆大，但实际上这两个中心圆大小完全相同。

仔细看看，平庸与有魅力的容貌之间最强烈的对比是什么？

轮廓的深浅（立体度）让人脸呈现出完全不同的美感，如果进一步解释的话就是：面部各部位的比例关系（长与短、大与小、高与低）。我们的眼睛负责看到形状，而我们的大脑来识辨美丑。