物理与艺术[下学期]
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课件47张PPT。“智育与美育并举；科学与艺术并重”——蔡元培物理与艺术(Art & Physics)事实上如一个硬币的两面，科学和艺术源于人类活动最高尚的部分，都追求着深刻性、普遍性、永恒和富有意义。李政道（T.D. Lee)2001年5月，“科学与艺术”展览与研讨会在北京举行。
2001年10月，“科学的挑战”报告会在人民大会堂举行。我们不应该停止探索，
我们一切探索的目的，
都是回到我们出发的地方，
然后第一次将它认识。
?
T. S. 艾略特 点、线、面，
黑、白、灰，
红、黄、绿，
这些基本的元素，
营造极复杂的绘画，
求证科学：简单与复杂。
抽象画，道是无题却有题：
流光 —— 流光容易把人抛
红了樱桃，绿了芭蕉。 他们结合在一起，
光也不能留住时间。受机械唯物论简单抽象的影响，我们很习惯用模型的方法去看待这个世界。然而理想模型使我们对细小事物的微妙与丰富之处视而不见，而正是它们才使得每一次际遇都生动活泼，每一天都与众不同。这是笔者所理解的《流光》 《薰衣草之雾，1950》波洛克（J. Pollock,1912-1956） 第一讲：科学与艺术
第二讲：理性的滥觞
第三讲：学会看风景
第四讲：缪斯的使者
第五讲：持久的革命
第六讲：解放色彩曲
第七讲：重构空间观
第八讲：解剖时间谜
第九讲：量子风云录
第十讲：混沌鉴喻篇
十一讲：宇宙与人文
十二讲：科学艺术家《物理与艺术》课程主要内容： 艺术表现手段是图象和隐喻（ images & metaphors）。(想象力与审美力)
物理表现手段是数字和方程（numbers and equations） (数学关系和实验特征)
传统上说，艺术抒发情感；物理追求理性
所以，他们在表面上是对立的。
但是, 两者均是人类尝试认知真理的手段和对被认知对象（自然）的精确描述。 艺术 和 物理
共同点？不同点？《我们从何处来？我们是什么？我们往何处去？》
高更（Paul Gauguin，1897） 科学的基本问题：宇宙是怎样起源的？生命是怎样起源的？人类的未来会怎样？艺术——用创新的手法去唤起人们意识中情感的共鸣。
情感越珍贵
唤起越强烈
反响越普遍
艺术越优秀科学——对自然界的现象进行新的准确的抽象。
自然越深奥
抽象越简单
应用越广泛
科学越伟大共同基础：
人类的创造力物理和艺术都是
建造模型活动科学家——表现宇宙真实存在的艺术家
以人性之浪漫情怀拥抱宇宙之道艺术家——表现情感真实存在的科学家
按宇宙之道表达人性之浪漫情怀阿维农少女 (毕加索Pablo Picasso, 1907)伽利略的发现:惯性参照系（伽利略参照系）相对于其自身运动绝对静止的参照系是唯一的。一、经典物理学的时空观察宇宙有一个最佳参照系（绝对系）自然及其规律隐藏在黑暗中，
上帝说，
让牛顿去吧，
于是一切都已明朗！最伟大的科学家
牛顿——一、经典物理学的时空空间时间均匀（Uniform）
连续（ Continuous）
同性（ Homogenous）
空（ Empty），线性的
过去
现在
未来同时性的绝对性数学表达：一、经典物理学的时空没有透视原理，和对光的意义的曲解二、古典美术与经典时空圣母子乔托（1266－1337）之前，人类从没有学会看风景相遇金门
（ Encounter at the Golden Gate）
乔托 (1266 - 1337)观赏者处于整个画面的几何焦点上。
二、古典美术与经典时空透视法：在平面上表现立体形的法则。按照线性透视法，距离愈远，物体画出来愈小，平行的线渐渐交汇在一起。乔托让艺术从天上回到人间，人类从此学会了看风景犹大之吻
(Giotto 1305/6)二、古典美术与经典时空当乔托创作《金门相遇》和《犹大之吻》时，他具有这样一个信念，即：他所抓住事件的这一瞬间，对世界上每一个人都是“同时”的。在以后的600年历史长河中，艺术家们都具有如此信念。这个信念对科学家和艺术家都是“天经地义”的。“同时性”的绝对性二、古典美术与经典时空《圣三位一体》马萨乔，1427《鞭打基督》 (弗郎切斯卡Piero della Francesca, c.1455)
The Last Supper (Leonardo da Vinci, c.1495-98)horizontalverticalIn perspectivist art, the viewer was at the point of absolute rest二、古典美术与经典时空优美、温柔的双眼带着深不可测的意味看向前方。荒凉的风景散发神秘而动人气息。表达作者探索自然的欲望。嘴角左右不太匀称均衡，嘴唇的轮廓也不清晰，光与影的微妙结合，带来神秘的微笑。幽雅的双手，使身体形成一个稳定的三角形构图，并引导观者视线的转动，使画面静中求动。人眼的视网膜具有两个不同的区域，中心的小凹区善于分辨彩色和细节，环绕小凹区的外围区对彩色和细节不敏感，却善于辨别运动和阴影。 因此，微笑的时隐时现，是人们视线在画面上游离所致。 经典物理学的基础： 绝对时空古典美术的经久范式： 透视原理Einstein’s 两个基本假设:The laws of physics are the same for all inertial frames of reference.The speed of light is constant for all observers regardless of their speed.空间收缩；时间膨胀。三、现代时空观5 miles per hour93,000 miles per secondView from the train as speed increases. In addition to contraction of length in the direction of travel, there is also distortion in other directions. Objects become elongated vertically and eventually begin to curve over. 三、现代时空观5 miles per hour93,000 miles per secondAs the speed approaches the speed of light, the observer on the train sees the front and the sides of the view simultaneously.Finally, when the train’s speed = c, space along the train’s direction contracts into an infinitely thin plane with height and depth but no length.Speed = c三、现代时空观“No there; all here” 5 miles per hour 93,000 miles per second 140,000 miles per second 186,000 miles per secondpresentAs speed increases, past and future seem to come closer together.This illusion is due to the time dilation effect causing the present moment to increase, so that it will encompass more and more of the past and future.When the speed =c, the present incorporates all of the past and future, so that time exists in one still moment of now.三、现代时空观“No the past and future; Only the present”《草地上的午餐》, 1863 (édouard Manet（马奈）, 1832-1883)违反透视画法无明确的“灭点”无中景区违反光与影的原理无逻辑自洽性无传奇故事无别致景象无神话背景无明确解释挑战欧几里德空间
和亚里士多德时间四、现代艺术与时空《田园合奏》(c. 1508) 乔尔乔内 (Givanni Bellini, 1478-1510), 提香(Tiziano Vecellio, 1488-1576)前有古人前有古人现代评论家：“整个画面在保持画布原有平面性的同时，暗示一种全新的三维（视觉）空间的存在。” 现代美术革命：
印象派四、现代艺术与时空四、现代艺术与时空和现代艺术的三大流派：野兽主义 fauvism未来主义 futurism立体主义
cubism二十世纪初，诞生了现代科学的两大支柱：相对论量子力学马蒂斯（Matisse）毕加索（Picasso）杜尚（Duchamp）立体派未来派下楼梯的人体2号(杜尚,1912)simultaneous views in spacesimultaneous views in time四、现代艺术与时空弹曼陀琴的少女 (毕加索, 1910) “心搏一动，便穿越了宇宙”一般说来，为了观测一个立方体，观测者必须围绕立方体运动，这样，就必须在空间和时间序列中连续地重新定位（relocation）。
在立体主义的世界中，观测者既不须在空间，也无须在时间中运动。透视（空间深度）和因果关系（时间序列）都不复存在了。四、现代艺术与时空《朵拉肖像》 (Pablo Picasso, 1937)毕加索作品中的多重视点：帽子指示出眼平线（eye-level）,并给出全部视点地板表明下方；天花板表明上方。椅子至少有两个观察视点脸上有一个对于眼的视点，第二个对于嘴的视点，第三个对于鼻子的视点。四、现代艺术与时空 “打破了空间，又重构了空间”四、现代艺术与时空杜尚（ Duchamp）把他的作品《下楼梯的人体2号》描述为：“通过抽象的运动表象来给出空间和时间的一种表示”。是未来派与立体派关系的最好例证。从一颗砂砾里看到世界；
从一朵野花中望见天堂；
方寸之手握住无限地域；
区区一个时辰包容永恒。
布莱克 William Blake (1757-1827)艺术与物理引力场与暗物质艺术与物理《星月夜》（凡·高，1889））《断方碑》纽曼（1965年）结束语：艺术与物理结束语：艺术与物理木兰花慢
《送月》（辛弃疾，1140－1207）
可怜今夕月，向何处、去悠悠？是别有人间，那边才见，光影东头？是天外空汗漫，但长风、浩浩送中秋？飞镜无根谁系？嫦娥不嫁谁留？ 艺术与物理飞镜无根引力系，嫦娥不嫁速度留——牛顿飞镜“本”无根，嫦娥“空”自留——爱因斯坦艺术与物理在《记忆的永恒》（The Persistence of Memory ）中(达利，1931), 软化的，似流动的手表代表了时间。（时间的膨胀）结束语：艺术与物理恋人游乐园酒吧（马奈，1882）最后的绝唱，永别的赠言。企图去认识尚未被人类语言所定义的未知世界。前卫性的艺术
前沿物理学“科学、宗教与艺术是一个金字塔的三面，当人们站在塔的不同侧面的底部时，他们之间相距很远，但当他们爬到塔的高处时，他们之间的距离就近多了。”
历史学家，科学史的奠基人 ： 萨尔顿结束语：艺术与物理谢谢！
2001年10月，“科学的挑战”报告会在人民大会堂举行。我们不应该停止探索，
我们一切探索的目的，
都是回到我们出发的地方，
然后第一次将它认识。
?
T. S. 艾略特 点、线、面，
黑、白、灰，
红、黄、绿，
这些基本的元素，
营造极复杂的绘画，
求证科学：简单与复杂。
抽象画，道是无题却有题：
流光 —— 流光容易把人抛
红了樱桃，绿了芭蕉。 他们结合在一起，
光也不能留住时间。受机械唯物论简单抽象的影响，我们很习惯用模型的方法去看待这个世界。然而理想模型使我们对细小事物的微妙与丰富之处视而不见，而正是它们才使得每一次际遇都生动活泼，每一天都与众不同。这是笔者所理解的《流光》 《薰衣草之雾，1950》波洛克（J. Pollock,1912-1956） 第一讲：科学与艺术
第二讲：理性的滥觞
第三讲：学会看风景
第四讲：缪斯的使者
第五讲：持久的革命
第六讲：解放色彩曲
第七讲：重构空间观
第八讲：解剖时间谜
第九讲：量子风云录
第十讲：混沌鉴喻篇
十一讲：宇宙与人文
十二讲：科学艺术家《物理与艺术》课程主要内容： 艺术表现手段是图象和隐喻（ images & metaphors）。(想象力与审美力)
物理表现手段是数字和方程（numbers and equations） (数学关系和实验特征)
传统上说，艺术抒发情感；物理追求理性
所以，他们在表面上是对立的。
但是, 两者均是人类尝试认知真理的手段和对被认知对象（自然）的精确描述。 艺术 和 物理
共同点？不同点？《我们从何处来？我们是什么？我们往何处去？》
高更（Paul Gauguin，1897） 科学的基本问题：宇宙是怎样起源的？生命是怎样起源的？人类的未来会怎样？艺术——用创新的手法去唤起人们意识中情感的共鸣。
情感越珍贵
唤起越强烈
反响越普遍
艺术越优秀科学——对自然界的现象进行新的准确的抽象。
自然越深奥
抽象越简单
应用越广泛
科学越伟大共同基础：
人类的创造力物理和艺术都是
建造模型活动科学家——表现宇宙真实存在的艺术家
以人性之浪漫情怀拥抱宇宙之道艺术家——表现情感真实存在的科学家
按宇宙之道表达人性之浪漫情怀阿维农少女 (毕加索Pablo Picasso, 1907)伽利略的发现:惯性参照系（伽利略参照系）相对于其自身运动绝对静止的参照系是唯一的。一、经典物理学的时空观察宇宙有一个最佳参照系（绝对系）自然及其规律隐藏在黑暗中，
上帝说，
让牛顿去吧，
于是一切都已明朗！最伟大的科学家
牛顿——一、经典物理学的时空空间时间均匀（Uniform）
连续（ Continuous）
同性（ Homogenous）
空（ Empty），线性的
过去
现在
未来同时性的绝对性数学表达：一、经典物理学的时空没有透视原理，和对光的意义的曲解二、古典美术与经典时空圣母子乔托（1266－1337）之前，人类从没有学会看风景相遇金门
（ Encounter at the Golden Gate）
乔托 (1266 - 1337)观赏者处于整个画面的几何焦点上。
二、古典美术与经典时空透视法：在平面上表现立体形的法则。按照线性透视法，距离愈远，物体画出来愈小，平行的线渐渐交汇在一起。乔托让艺术从天上回到人间，人类从此学会了看风景犹大之吻
(Giotto 1305/6)二、古典美术与经典时空当乔托创作《金门相遇》和《犹大之吻》时，他具有这样一个信念，即：他所抓住事件的这一瞬间，对世界上每一个人都是“同时”的。在以后的600年历史长河中，艺术家们都具有如此信念。这个信念对科学家和艺术家都是“天经地义”的。“同时性”的绝对性二、古典美术与经典时空《圣三位一体》马萨乔，1427《鞭打基督》 (弗郎切斯卡Piero della Francesca, c.1455)
The Last Supper (Leonardo da Vinci, c.1495-98)horizontalverticalIn perspectivist art, the viewer was at the point of absolute rest二、古典美术与经典时空优美、温柔的双眼带着深不可测的意味看向前方。荒凉的风景散发神秘而动人气息。表达作者探索自然的欲望。嘴角左右不太匀称均衡，嘴唇的轮廓也不清晰，光与影的微妙结合，带来神秘的微笑。幽雅的双手，使身体形成一个稳定的三角形构图，并引导观者视线的转动，使画面静中求动。人眼的视网膜具有两个不同的区域，中心的小凹区善于分辨彩色和细节，环绕小凹区的外围区对彩色和细节不敏感，却善于辨别运动和阴影。 因此，微笑的时隐时现，是人们视线在画面上游离所致。 经典物理学的基础： 绝对时空古典美术的经久范式： 透视原理Einstein’s 两个基本假设:The laws of physics are the same for all inertial frames of reference.The speed of light is constant for all observers regardless of their speed.空间收缩；时间膨胀。三、现代时空观5 miles per hour93,000 miles per secondView from the train as speed increases. In addition to contraction of length in the direction of travel, there is also distortion in other directions. Objects become elongated vertically and eventually begin to curve over. 三、现代时空观5 miles per hour93,000 miles per secondAs the speed approaches the speed of light, the observer on the train sees the front and the sides of the view simultaneously.Finally, when the train’s speed = c, space along the train’s direction contracts into an infinitely thin plane with height and depth but no length.Speed = c三、现代时空观“No there; all here” 5 miles per hour 93,000 miles per second 140,000 miles per second 186,000 miles per secondpresentAs speed increases, past and future seem to come closer together.This illusion is due to the time dilation effect causing the present moment to increase, so that it will encompass more and more of the past and future.When the speed =c, the present incorporates all of the past and future, so that time exists in one still moment of now.三、现代时空观“No the past and future; Only the present”《草地上的午餐》, 1863 (édouard Manet（马奈）, 1832-1883)违反透视画法无明确的“灭点”无中景区违反光与影的原理无逻辑自洽性无传奇故事无别致景象无神话背景无明确解释挑战欧几里德空间
和亚里士多德时间四、现代艺术与时空《田园合奏》(c. 1508) 乔尔乔内 (Givanni Bellini, 1478-1510), 提香(Tiziano Vecellio, 1488-1576)前有古人前有古人现代评论家：“整个画面在保持画布原有平面性的同时，暗示一种全新的三维（视觉）空间的存在。” 现代美术革命：
印象派四、现代艺术与时空四、现代艺术与时空和现代艺术的三大流派：野兽主义 fauvism未来主义 futurism立体主义
cubism二十世纪初，诞生了现代科学的两大支柱：相对论量子力学马蒂斯（Matisse）毕加索（Picasso）杜尚（Duchamp）立体派未来派下楼梯的人体2号(杜尚,1912)simultaneous views in spacesimultaneous views in time四、现代艺术与时空弹曼陀琴的少女 (毕加索, 1910) “心搏一动，便穿越了宇宙”一般说来，为了观测一个立方体，观测者必须围绕立方体运动，这样，就必须在空间和时间序列中连续地重新定位（relocation）。
在立体主义的世界中，观测者既不须在空间，也无须在时间中运动。透视（空间深度）和因果关系（时间序列）都不复存在了。四、现代艺术与时空《朵拉肖像》 (Pablo Picasso, 1937)毕加索作品中的多重视点：帽子指示出眼平线（eye-level）,并给出全部视点地板表明下方；天花板表明上方。椅子至少有两个观察视点脸上有一个对于眼的视点，第二个对于嘴的视点，第三个对于鼻子的视点。四、现代艺术与时空 “打破了空间，又重构了空间”四、现代艺术与时空杜尚（ Duchamp）把他的作品《下楼梯的人体2号》描述为：“通过抽象的运动表象来给出空间和时间的一种表示”。是未来派与立体派关系的最好例证。从一颗砂砾里看到世界；
从一朵野花中望见天堂；
方寸之手握住无限地域；
区区一个时辰包容永恒。
布莱克 William Blake (1757-1827)艺术与物理引力场与暗物质艺术与物理《星月夜》（凡·高，1889））《断方碑》纽曼（1965年）结束语：艺术与物理结束语：艺术与物理木兰花慢
《送月》（辛弃疾，1140－1207）
可怜今夕月，向何处、去悠悠？是别有人间，那边才见，光影东头？是天外空汗漫，但长风、浩浩送中秋？飞镜无根谁系？嫦娥不嫁谁留？ 艺术与物理飞镜无根引力系，嫦娥不嫁速度留——牛顿飞镜“本”无根，嫦娥“空”自留——爱因斯坦艺术与物理在《记忆的永恒》（The Persistence of Memory ）中(达利，1931), 软化的，似流动的手表代表了时间。（时间的膨胀）结束语：艺术与物理恋人游乐园酒吧（马奈，1882）最后的绝唱，永别的赠言。企图去认识尚未被人类语言所定义的未知世界。前卫性的艺术
前沿物理学“科学、宗教与艺术是一个金字塔的三面，当人们站在塔的不同侧面的底部时，他们之间相距很远，但当他们爬到塔的高处时，他们之间的距离就近多了。”
历史学家，科学史的奠基人 ： 萨尔顿结束语：艺术与物理谢谢！
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