从爱因斯坦的智能结构看科学美和科学美育

摘要：文章首先介绍了爱因斯坦的音乐人生和音乐修养，然后结合多元智能理论有关音乐智能与逻辑-数学智能、空间智能之间联系的论述，以及爱因斯坦拥有以上三种智能强项对他创建相对论所起到的作用，从科学与艺术之间联系和交融的角度，论述了科学美的存在及其在学校美育中的功能，探讨了在学校中科学美育的必要性和途径。

关键词：阿尔伯特·爱因斯坦；相对论；科学美；科学美育；智能的结构

中图分类号：G40-014 文献标志码：A 文章编号：1673-9094（2013）07-0003-05

著名的“钱学森之问”，即“为什么我们的学校总是培养不出杰出人才？”提出已经两年多了，各领域和各学科的学者们纷纷给出了不同的答案。身为从事公共艺术教育工作的物理化学教授，笔者在探索这个问题的过程中，同时翻译了当代著名发展心理学家、艺术心理学家、多元智能理论创始人、美国哈佛大学教育研究生院霍华德·加德纳教授的力作《大师的创造力》（原书标题：Creating Minds：An Anatomy of Creativity Seen Through the Lives of FREUD， EINSTEIN， POCASSO， STRAVINSKY， ELIOT， GRAHAM， AND GAHDHI），对于爱因斯坦创建相对论的过程和原因，有了进一步的认识。本文将与读者分享这方面的收获，并结合逻辑-数学智能、空间智能与音乐智能之间的联系，以及爱因斯坦拥有的这三种智能强项在他创建相对论过程中起到的作用，从科学与艺术之间联系和交融的角度，论述科学美在学校美育中的功能，探讨各级各类学校科学美育的途径。

一、爱因斯坦的音乐修养和音乐人生

爱因斯坦从6岁起直到14岁，学习小提琴8年，他不但有音乐天分，而且学习刻苦，童年的时候在母亲的钢琴伴奏下，就能演奏莫扎特和贝多芬的奏鸣曲。

从此，音乐特别是小提琴陪伴了这位物理学家的一生，提到爱因斯坦，人们总是把他和小提琴联系在一起。在一幅著名的漫画中：爱因斯坦的脸被画成一把小提琴，琴弦上不但有音符，还有著名的物理学公式：E=mc2。这幅漫画生动地表明了爱因斯坦音乐与科学相结合的人生。

科学与艺术的互补性与统一性，使音乐成为爱因斯坦的第二专业或第二职业。不管旅行到那里，他总是携带小提琴前往，甚至参加在柏林举行的科学会议时也如此，目的是和量子论的创始人普朗克、波尔在讨论物理学问题的间隙一起演奏音乐。支撑起20世纪科学技术大厦的两根支柱，是他们创建的相对论和量子论；伴随他和普朗克、波尔构建物理学大厦并描绘出科学发展蓝图的，是他们演奏出的优美动听的旋律。

爱因斯坦对音乐非常热爱，但很少发表评论。成名之后即使有人提问，也很难得到他非常具体的意见。原因很简单，音乐对于他之所以重要，不在于某些作品风格、曲式、和声的新颖，也不是某种音乐流派的特征，而是他科学智慧和灵感的源泉。1939年，一家杂志社给爱因斯坦寄来一份答卷，询问他的音乐爱好，从爱因斯坦所做的回答，可以看出他的音乐修养很高。这份答卷的大意是：

（一）我喜爱的音乐家有巴赫、莫扎特和一些意大利以及英国的老作曲家。我对贝多芬的兴趣要差得多，很喜欢舒伯特。

（二）很难说巴赫和莫扎特谁更能吸引我。我并不在音乐中寻求逻辑。总的来说，我全凭直觉，对音乐理论所知甚少。如果我不能凭本能抓住一部作品的内在结构，那我就不会喜欢这部作品。

（三）我一向认为亨德尔的音乐很好，甚至达到了完美无缺的程度。但他的音乐还是有一点儿浅薄。我认为贝多芬的音乐戏剧性过浓，个性过强。

（四）我也很喜欢舒伯特，因为他表达感情的能力很强，并且在旋律创作方面颇具才力。但他几部篇幅较大的作品在结构上有一定的缺陷，这使我感到困惑不解。

（五）舒曼篇幅较小的作品对我颇有吸引力，因为它们很有独到之处，感情充沛，但他在形式上显得比较平庸，使我不能充分地欣赏。我认为门德尔松很有天才，但（他的音乐）似乎缺乏深度。

（六）我认为勃拉姆斯的几首歌曲和几部室内乐作品很有价值，其音乐结构也同样有价值。但他的大部分作品在我看来好像都缺乏一种内在的说服力。

（七）我赞赏瓦格纳的创作能力，但我认为他的音乐作品在结构方面有欠缺，这是颓废的标志。另外我认为他的音乐风格使我不可名状地感到咄咄逼人，因此他的大多数作品我听起来都感到厌恶。

（八）我认为理查德·施特劳斯天资过人，但他缺乏意境美，只对表面效果感兴趣。我并不是说我对所有的现代音乐都不喜爱。我认为德彪西的音乐纤巧多彩，但结构上有缺陷。这种音乐无法激起我的强烈热情。[1]

在构思相对论的过程中，在长达数百页的数学公式推演过程中，常常伴随着他的，是小提琴和钢琴的演奏，这已经成为家喻户晓的美谈。但他具有极高的音乐智能和空间智能，这两项智能强项与逻辑-数学智能相结合，促使他对空间和时间的问题进行了远比一般物理学家深入的思考，从而促成了相对论的诞生，就不是所有人都很清楚的了。

1905年，身为瑞士伯尔尼专利局小职员的爱因斯坦，年仅26岁，大学本科毕业不过两年，却在八周时间里连续发表三篇震惊世界的论文《论动体的电动力学》、《分子热运动所形成的平静液体中悬浮粒子的运动》和《有关光的产生和转化的一个试探性观点》，分别揭示了狭义相对论原理、布朗运动的数学规律以及光的量子性和光量子具有的能量，如闪电划破了理论物理学的夜空，创造了人类科学史上的奇迹。他究竟靠的是什么？他惊人的想象力和创造力，他更加惊人的科学研究成果狭义相对论，与他自幼开始、相伴一生的音乐爱好、音乐演奏之间，到底有无关系？若有关系的话，有何关系？

二、从音乐智能与逻辑-数学智能、空间智能的联系看相对论的创建

属于发展心理学的多元智能理论，是加德纳教授1983年在《智能的结构》一书中创建的。他作为哈佛大学“零点项目”的最早参与者和领导人，被称为推动美国教育改革的首席科学家，迄今被授予世界各国的27个心理学、教育学、音乐学、医学、文学、法学荣誉博士学位。多元智能理论对中国制定素质教育方针也起到了重要作用，引起了中央领导人的高度重视。[2]

多元智能理论认为人类的智能（intelligence）不是单一的，而是多种多样的、各自独立存在的，每个人与生俱来至少拥有8种以上的智能，其强弱程度各不相同。每种智能均由大脑的特定部位主导，不但与先天遗传因素有关，也与后天环境、大脑的智力开发有关。这个理论还认为人们的智能结构千差万别，但在实践中都需要扬长避短，组合起来解决问题和创造产品。它还认为传统的智商测试和统一规划的学校各种考试，仅仅重视左脑的开发和8种智能中的两种，即语言智能和逻辑-数学智能的测试、开发和利用；忽略了同样重要的另外6种智能，即音乐智能、空间智能、身体-动觉智能、人际智能、自我认知智能、博物学家智能的发现、开发和利用，存在着极大的片面性，不利于人的全面发展和想象力、创造力的发挥。

加德纳定义的音乐智能，“包括音乐的表现能力、创作能力和欣赏能力”[3]。他关于神经心理学的研究表明：“大脑的一部分，大约定位于右半球，对于音乐的感知和创作，的确起着重要的作用。”[4]爱因斯坦拥有很高的音乐智能，无人怀疑，但音乐智能对于爱因斯坦的伟大创造到底有何作用？

学过近代物理学的人都知道，相对论的创建归功于爱因斯坦超强的数学逻辑演算推导能力和空间想象力。

音乐与数学之间的联系是密切的。人类文化史上最早将音乐与哲学、数学结合起来思考的先驱者之一，是古希腊的哲学家、数学家、音乐家毕达哥拉斯（Pythagoras，约公元前580～前500年）。他有一句名言“万物皆数”，认为音乐的和谐是由于“数”的原因，没有数也就失去了音乐艺术存在的价值。毕达哥拉斯通过产生音乐的物体表现出音乐与数的关系，从而推论出音程之间的数学比例，提出的“五度相生法”，奠定了西方古代音乐理论的基础。

柏拉图（Plato，公元前427年～前347年）在其《文艺对话录》中，认为音乐是数的艺术，音乐的美是各种数学比例关系的美。柏拉图从美学角度论述音乐与数的关系。现展心理学家加德纳也说：“常见学科中与音乐密切联系的智能领域，就是数学。”[5]“如果不能说音乐中存在着高等数学的因素，起码也能说存在着明显的数学因素，对此绝不应忽视。”[6]爱因斯坦所接受的音乐教育、娴熟的音乐技巧和相伴一生的音乐环境，无疑对他的逻辑-数学智能的发展，起到了重要的作用，间接地促成了相对论的诞生。

如果说爱因斯坦的音乐智能对于创建相对论的作用是间接的，那么他超强空间智能的作用对于创建相对论的作用就是直接的，其重要性完全不亚于他的逻辑—数学智能。

上中学时爱因斯坦就开始思考时间和空间的问题，在自己的大脑中进行有关时间和空间的想象实验：“少年的爱因斯坦还表现出另外一种明显的倾向，就是经常提出一些难以回答的问题，然后自己认真思考答案。大约在16岁的时候，他提出了一个可能是当时最有预见性的问题，那就是如果一名观测者和一束光线等速平行运动，会发生什么现象？这个人能否超越光束？不久以后他又思考，如果一个人随身携带一个盒子，而盒子里装有某种物品，当这个人沿某个方向下落的时候，盒子从人的口袋里掉了出来，然后盒子里的物品又从盒子里掉了出来，这些物品将会掉到地上还是悬浮在空中？”[7]这两个想象实验的最后成果，分别是狭义相对论和广义相对论，都与时间和空间有关，对人们全面认识时间、空间和宇宙万物，对于20世纪人类科学技术的进步，起到了巨大的作用。

加德纳作为发展心理学家，也肯定爱因斯坦能够提出相对论，是逻辑-数学智能和空间智能联合运作的结果：“毫无疑问，爱因斯坦的创造性发现，来源于他善于将空间想象、数学推导、观察到的现象和基本的哲学问题综合在一起的能力”[8]，“爱因斯坦不同寻常的超强空间智能，使他能够理解困扰着其他物理学家的许多问题”[9]。

爱因斯坦曾自问自答：“为什么创建相对论的人不是别人而是我呢？我认为主要原因，是一个正常的成年人不会研究空间和时间的问题，这是他在童年时早已经思考过的问题。但是我的智力发育滞后，所以一直到成年，才开始对时间和空间的问题产生好奇心。因此我对这些问题的思考，比起正常的儿童，自然会更加深入。”[10]这更加证明空间想象力对于创建相对论的重要作用。

笔者早年学习演奏小提琴和指挥乐队的时候，就体会到空间智能与音乐智能的关系。很多小提琴练习曲如开塞、马扎斯、克勒最尔等，奏鸣曲式含有的呈示部、展开部、再现部、尾声的曲式特点，以及交响乐队总谱表现出的配器规则和权威管弦乐法教材，都充分说明那些乐曲具有严谨的内在逻辑，给人以极强的空间感。根据笔者的体会，音乐既是时间的艺术，也是空间的艺术。

加德纳的论述与笔者早年音乐生涯的感悟是相符合的：“音乐智能与空间智能之间的联系，虽然并不那么直接和显而易见，但很可能是真正存在着的……作曲家所依靠的强大的空间能力，在安排、理解和改编一首乐曲的复杂结构时，是必要的。”[11]具有一定的空间智能，是艺术创作和欣赏所必须的，也是从事科学技术必不可少的。加德纳在多部著作中说明空间智能开发和应用的典型和终极状态时，都以毕加索为例。解析几何、拓扑学、画法几何、机械制图等理工科课程的学习，也需要较强空间智能和逻辑-数学智能的联合运作。

三、科学美是学校美育的重要内容

学过数学和物理两门课中任意一门的人，恐怕都会因科学理论、方程、实验所呈现的目不暇接的美感而惊叹不已，很多人甚至徜徉其中而流连忘返。不少一流的数学家和物理学家，都发出过“数学很美”、“物理学美极了”之类的感慨，承认科学之美是他们刻苦钻研、献出一生最重要的甚至是唯一的动力。世界数学大师、美籍华人丘成桐教授就表示“数学很美”是他从事数学研究并取得举世瞩目成就最重要的原因之一：“数学是一门很有意义、很美、同时也很重要的科学。……文学的最高境界是美，而数学也具有诗歌和散文的内在气质，达到一定的境界后。也能体会和享受到数学之美。”[12]

1902年获得诺贝尔物理学奖的荷兰科学家洛仑兹说：“爱因斯坦的理论具有最高的审美价值，每个爱美的人都希望它是真的。”爱因斯坦的一位助手霍夫曼（Banesh Hoffmann），后来成了研究他的专家，说出了爱因斯坦成功的奥秘：“爱因斯坦的方法，虽然以渊博的物理学知识为基础，但在本质上，是美学的、直觉的。我一边同他谈话，一边盯住瞧他，我才懂得科学的性质；……除了他是牛顿以来最伟大的物理学家以外，我们可以说，他是科学家，更是艺术家，科学的艺术家。”[13]

既然爱因斯坦科学研究方法本质上是美学的和直觉的，并且和艺术家的方法如此相像，可知世上不但有音乐艺术家、绘画艺术家、舞蹈艺术家，还有科学的艺术家。他的一位同事，同为普林斯顿高等研究院研究员的罗森（Nattian Rosen）形容爱因斯坦：“在构造一种理论时，他所采取的方法与艺术家所用的方法具有某种共同性，他的目的在于求得简单性和美。对他来说，美在本质上终究是简单的。”[14]这充分说明了爱因斯坦在构思相对论的时候，对科学美的追求既是他苦思冥想的动力，也是他成功的诀窍。

1979年2月，在爱因斯坦诞辰100周年纪念会上，因24岁就推导出相对论形式下的量子力学方程，从而获1933年诺贝尔物理学奖的英国剑桥大学教授狄拉克说：“爱因斯坦推崇的思想是，凡数学上是美的，在描述物理学方面很可能是有价值的，这是比任何思想都更加重要的思想。”他还说：“我深信，这个理论（相对论）的基础比起我们仅仅从实验数据所能得到的支持要更有力得多。真实的基础来自这个理论伟大的美。这些基础起源于这个事实，即爱因斯坦引进的新的空间思想是非常激动人心的，非常优美的，不论将来我们会面临什么情况，这些思想一定会永垂不朽”，“我认为信仰这个理论的真正理由就在于这个理论本质上的美。这个美必定统治着物理学的整个未来。即使将来出现了与实验不一致的地方，它也是破坏不了的”。[15]

另一位诺贝尔物理学奖获得者杨振宁则这样评价狄拉克：“狄拉克的灵感来自他对数学美的直觉欣赏，进而天才地写出他的方程”，“数学的最高境界是结构美，是简洁的逻辑美，因此他的文章也就给读者‘秋水文章不染尘’的感受”。[16]

当德国天文学家开普勒把哥白尼的行星轨道由圆形改为椭圆形，并且最终确定太阳在椭圆的一个焦点上时，他高兴得跳了起来，喊出的第一句话是：“感谢上帝，让我看到了美！”

近几十年来，几乎同时出现的后现代主义思潮和数字媒体，使千百年来在西方受到人们尊崇的传统美德——真善美的地位发生动摇，不但真善美的标准越来越混乱，有人对真善美甚至艺术美是否存在都持否定态度。对此，加德纳教授感到十分焦虑，2011年8月出版了《重塑真善美》（原题“Truth， Beauty， and Goodness Reframed： Education for the Virtues in the Twenty-First Century”）一书，向教育界以及全社会严肃地指出以上现象并敲响了警钟。他认为对真善美等三项美德的尊崇和追求，是人之所以为人的重要标志，也是教育的重要目标。为此，作者还提出了在后现代主义思潮影响下的数字媒体时代艺术的审美标准以及对青少年进行真善美教育的方法和措施。此书的出版，与当前全球急需解决的教育问题结合紧密，引起了世界范围内的广泛关注。

加德纳也在书中明确肯定了科学美的存在：“很明显，对美的感受同样来自于数不胜数的其他领域。很多科学家和数学家在他们各自学科的表述中发现了美。这些表述是有趣的、令人难忘的。科学美的崇拜者说相关的理论、公式和方程非常美，至少我认为是正确的。”[17]

既然科学求真也求美，科学本身也很美就是否定不了的事实，学校的美育工作怎么能忽视甚至排斥科学审美呢？

麻省理工学院院长查尔斯·维斯特（Charles Vest）于1996年10月25日在艺术委员会的年会上发表了著名的演说《科学教育和艺术教育并重》，深入而精辟地阐述了科学与艺术之间的密切关系：“科学在于把两个看上去没有关系的现象联系在一起，从而得到一些新东西，而这些新东西常常会大大改变我们的生活；我认为这也是艺术的基本特征：寻找联系，揭示真理，从而改变甚至创造世界。”他要求学生“懂得欣赏艺术，热爱艺术，也要能欣赏科学中的美，热爱科学”。[18]

在此特别需要说明的是，会拉小提琴、演奏乐曲，音乐智能和空间智能高超，并不见得能造就科学家，也不一定能催生科学真理。爱因斯坦之所以能创建相对论，除音乐智能的间接因素和空间智能的直接因素，最重要的还是渊博的数学、物理学知识和对科学美的不懈追求。

笔者反对艺术教育万能或者美育万能的说法，德智体美只能是德育为先，“美育第一”的口号是错误的，吹拉弹唱更不见得能出人才。同时具备科学与艺术修养，才能开阔视野，保持清醒头脑。“没有美育的教育是不完全的教育”，“艺术教育不等于美育”这两个说法是正确的，但远离科学美的美育，缺少甚至排斥科学美的美育，是不完全的美育，对于学校美育工作来说是很大的缺憾。

参考文献：

[1][18]沈致隆，齐东海.音乐文化与音乐人生[M].北京：北京大学出版社，2007：282-283.303-304.

[2]参见：李岚清.李岚清教育访谈录[M].北京：人民教育出版社，2003：311-312.

[3][美]霍华德·加德纳.重构多元智能[M].沈致襄，译.北京：中国人民大学出版社，2008：34.

[4][9][美]霍华德·加德纳.多元智能新视野[M].沈致隆，译，北京：中国人民大学出版社，2008：9.218.

[5][6][11][美]霍华德·加德纳.智能的结构[M].沈致隆，译.北京：中国人民大学出版社，2008：154.55.152.

[7][8][10][美]霍华德·加德纳.大师的创造力[M].沈致隆，崔蓉晖，陈为峰，译.北京：中国人民大学出版社，2012：82.95.83.

[12]沈耀峰，齐芳.丘成桐：享受数学之美[N].人民日报，2005-11-15.

[13]爱因斯坦文集（第一卷）[M].许良英，译.北京：商务印书馆，1976：284-285.

[14]Ronald W. Clark. Einstein， The Life and Times[M].London： Hodder and Stoughton， 1973：502.

[15]爱因斯坦传[EB/OL].http：///read2.asp？id=9185&PageNum=2.

[16]杨振宁.美与物理学[J].二十一世纪，1997（4）.

[17][美]霍华德·加德纳.重塑真善美[M].沈致隆，杨彦捷，译.北京：中国人民大学出版社，2012：61.

The Beauty and Aesthetic Education of Science Based on

The View of Einstein’s Frames of Mind

SHEN Zhilong

（Center of Art Education Dalian University of Technology， Dalian 116024， China ）

Abstract： Albert Einstein’s musical life and musical accomplishment have been introduced at first. Then the relationships between musical， intelligence， spatial intelligence and logical-mathematical intelligence and the function of the above three strengthened intelligences possessed by Einstein on the creation of the Theory of Relativity have been discussed according to the view of the connection and interaction between sciences and arts. The author argues the existence of the beauty of science and explores its function， and analyses the necessity and methods of aesthetic education of science in schools nowadays.

Key Words： Albert Einstein， the theory of relativity， beauty of science， aesthetic education of science， frames of mind