序

科学与艺术的关系是一个重要的、引人入胜的主题。我生长于画家之家，从小耳濡目染，对绘画艺术有一种发自内心的喜爱和感悟。然而我长期从事化学和材料的研究与教学，自40年前从英国留学归来开始研究生涯起，始终有着一种时不我待的紧迫感，对于绘画虽有兴趣却无暇顾及。

3年前，我在从教60年后退休了，入住养老社区安享晚年。有了空余时间，开始了“耄耋学步”，学习了水彩和国画，也关心起有关科学和艺术关系的话题来。在《科学画报》和《知识分子》读到了几篇讨论这一问题的文章，觉得十分有趣且印象深刻。但这一领域十分宽泛，难以深入。没想到近一年前小区来了位新邻居，相见之初就了解到，他竟正是那几篇文章的作者林凤生先生。这使我从此有机会随时与其促膝交流，可谓不亦乐乎。凤生先生从上海大学退休后，宅家十余年，潜心钻研科学与绘画的关系，成果斐然，发表了百余篇文章，出版了两本专著。近半年来，感谢凤生先生惠赠他的著作《名画在左　科学在右》并转发给我各种相关的视频和录音，对他的工作我有了系统的了解。作为一个年长的化学家，对于开展跨学科研究的艰辛我深有体会。例如，要适应当今科学发展之潮流，许多化学界同仁都在开展诸如化学生物学和光电材料的研究，大家的体会是，没有几年的苦功是入不了门的。而凤生先生能够在退休之后从事如此大跨度的研究，而且没有经费支持，前无师长指导，后无学生协助，全凭自己对知识的不懈追求，在涉及多种学科的交叉领域的跨界研究中，取得了骄人的成绩，可喜可贺！孔子说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”凤生先生乐之者也！我在和他的深入交往中还了解到，他在学校读书时没有学过英语。20世纪70年代，他在江西一个偏僻小县的乡村中学里教物理，竟在课余完全通过自学“无声英语”，为如今熟练运用英语阅读几种学科的文献打下了基础。对凤生先生的这种顽强的学习精神，我十分敬佩！

科学与艺术两种不同的文化领域之间是否存在着某种联系？这是一个“仁者见仁，智者见智”的问题。以前对此持肯定意见的讨论中，有些是牵强附会，缺乏说服力的；而很多艺术家对此则更是断然否认。凤生先生通过大量实例的分析和研究得出结论：自然科学知识对艺术创作确实有深刻影响。这在其著作中有详细的论述。近几年，凤生先生的研究又有了新的发展，先后有40余篇文章发表。在新著里，他更多地考虑到艺术毕竟不同于科学，主要的功能是能够感动观者。所以，除了探讨科学与绘画之间的联系，他还与读者分享了自己在读画时的感悟和体会。例如，在《从巴比松到瓦尔登湖》《简单甚好》等文章中歌颂了“生活简单就是美”的理念，在《人生沧桑寄丹青》《只生欢喜不生愁》等文章里流露出他对如何正确看待自己、保持一颗平常心的思考。此外，与大多数心理慰藉类文章不同，凤生先生在谈论这些读画感悟的时候，对观者的心理、生理变化，应用了心理学和现代脑科学知识加以佐证。其写作文理交融，生动有趣。如今凤生先生将文章结集出版，值得读者期盼。

在读凤生先生的著作时，我常想到苏轼的千古名篇《前赤壁赋》。东坡先生说，世间万物，各有其主，不属于我的，一丝一毫也不想占有。然而，只有“江上之清风，与山间之明月，耳得之而为声，目遇之而成色，取之无禁，用之不竭。是造物者之无尽藏也，而吾与子之所共适”。我想，作为人类文明的一部分，浩如烟海的中外绘画作品，不也正是我们人人所可以共享的无穷的宝藏吗？读凤生先生的著作，可帮助我们从自然科学的角度来解读名画。有了“第三只眼”，必更能享受到“如沐江上清风、如赏山间明月”那样的无穷乐趣。所以我十分高兴能为此书作序，将其推荐给广大读者。

2022年2月

（作者为中国科学院院士，复旦大学教授）

自序：

架两座桥梁，通两座大山

自英国学者斯诺提出“两种文化”的说法，不觉60多年过去了，今天大家还要讨论它，说明这个问题是有意义的，而且有相当大的现实意义。

事实上，随着科学文化的发展，学科之间的隔阂越来越深也是一种必然趋势。所谓“隔行如隔山”，即使是对于同一专业的专家来说，想要理解本专业其他分支的内容也是相当困难的，所以学科与学科之间、文化与文化之间的分裂现象，应该说是科学、文化发展到某一阶段的必然趋势。而笔者理解沟通两种文化的命题，实际上是在提倡通识教育。也就是说，学习自然科学的要了解一点人文学科；同样，搞人文学科的也应该了解一点自然科学，至少能够有一点兴趣，不至于把对方视作畏途，甚至反感。

由两种文化分裂现象造成的种种弊端，在近几十年里已被教育界、学术界所深切感知，特别是基础教育产生的畸形状态，也为大家所担心。

按照斯诺的说法，如果用两座山来表示两种不同的文化，两座山中间有一条巨大的鸿沟，那么，这一条沟应该是有些地方比较窄，有些地方比较宽。笔者认为，在两处最接近的地方，可以建构起两座桥梁，那就是“图像”和“美学”。

先说图像。在自然科学的许多学科里，图像是不可或缺的。比如，与写实绘画非常接近的示意图，由于其被赋予了科学知识的内涵，所以与绘画里的写生、素描并不一样。一位著名的医生曾告诉我，外科医生手术之后，在写手术记录的时候，除了文字还要画一幅示意图。显然这样做是很有必要的。另外，在自然科学里常常使用表示各种数量关系的函数图像、表示各种空间关系的几何图像，以及集中各种思想要素的科学模型图像等。这些图像对于从理性角度来思考问题是必不可少的，是相对于数学公式、定律和定理的一种补充。此外，对于图像本身来说，自然科学也建立了一套研究工具，如物理学里常用的“场论”。它用梯度、旋度和散度来描述空间里每个点上的物理量的状态，还可以用力线、等势面等形象地描述物理量的空间分布，也可以用数学方程来表示它们。

对于人文学科来说，图像的使用也非常广泛。绘画、戏剧、影视、摄影和其他造型艺术等都离不开图像，对于这一类图像来说，它也有专门的研究理论—格式塔心理学就是专门研究图像的运动、平衡、稳定与和谐的理论。

事实上，科学与人文在图像方面的交流可以追溯到斯诺的命题之前。早在20世纪初，现代绘画流派风起云涌的时候，除了荷兰画家埃舍尔喜欢从科学知识里汲取图像元素外，超现实主义画家达利等也经常采用心理学中的“双歧图”来构思光怪陆离的神奇画面。

有趣的是，近些年来科学家们也纷纷拿出自己工作中接触的科学图像，以展示其中的美学特征。曾见报道美国宾夕法尼亚大学的神经学博士格雷格·邓恩就用画笔在画布上表现大脑的神经结构，以独特的方式展现出脑神经网络的结构美。

事实上，随着信息技术的发展，各种图像的重构与整合已经成为一种时尚。不难设想，如果在此建立起一个交流平台，那么各个相关学科都会有话可说，必定会碰撞出许多火花来。

另外一座桥梁就是“美学”。

学自然科学的人当然能够切身感受到自然科学的理论、定律和公式有着无与伦比的美：对称之美、和谐之美、浓缩之美。爱因斯坦称它们为“大美”，而他把艺术人文里那种能够愉悦人心之美，称为形式之美，系“小美”也，是鞋匠和裁缝要关注的东西。

然而，科学史和艺术史的研究都告诉我们，无论在科学上还是在艺术上，在创新突破的关键时刻，美学常常起到了助力的作用。举一个例子，人类早期提出的天体运行模型都是以圆为轨道的，其主要原因就是圆具有简单、对称、和谐的美学特征。

近几十年来，“美学”这个平台非常热闹，随着脑科学和神经科学的发展，许多仪器设备已经能够检测到大脑的活动。神经科学家已经能检测到当一个人在观赏绘画、聆听音乐的时候，大脑相关部分的积极活动，也能够记录大脑奖赏机制的工作状态：释放出让人愉悦的大脑化学物质，如多巴胺、血清素和催产素，触发快感和积极情绪的感觉。

伦敦大学学院著名神经科学家泽基等提出了“神经美学”的理论。在加利福尼亚大学圣迭戈分校，神经科学家拉马钱德兰用“八项艺术经验法则”来描述支撑我们享受视觉艺术的核心神经机制。宾夕法尼亚大学的神经科学家查特吉与其他人一起进一步将艺术体验定义为感觉、情感和意义的三元组。国外的许多科学家也在重复这些实验。

与此同时，部分光效应艺术家，如赖利画出了一些让人看了头晕目眩的作品。正如泽基所说：“艺术家也用自己的方式在研究神经科学，所以艺术家实际上也是神经科学家。”这个领域方兴未艾，前景难以

估量。

沟通两种文化是一个很大的工程，也是非常值得教育界、学术界和行政部门关注的大课题，值得我们大家去关注、探索和尝试。