物理之美与艺术之美 | 为何这些物理学大牛都爱音乐？
发布时间：2026-03-28 00:19:23 浏览量：1
“科学与艺术，犹如一个硬币的两面，它们都源于人类活动最高尚的部分，都追求深刻性、普遍性、永恒和富有意义。”
——诺贝尔物理学奖得主李政道
物理属于自然科学，侧重于理性思维的培养，主要是通过精准的语言来描述自然界、阐述自然界存在的规律和模式。而艺术属于人文科学，侧重于感性思维的培养，主要是通过塑造形象、营造氛围的方式来反映自然界、表达情感与态度。
两者看似毫无关联，实际上却紧密相连。正如著名作家福楼拜所言：“艺术和科学总在山顶重逢。”物理与艺术其实是同宗同源的，它们都是人类认识世界的平行愿景，也共同谱写了人类文明的发展篇章。
在音乐、文学、绘画等各种不同的艺术种类中，我们都能发现物理与之的奇妙联系，今天我们就从“物理与音乐”开始，走进科学与艺术相互交融的美的殿堂。
物理与音乐
爱因斯坦出生在一个艺术之家，从6岁上小学起，他就开始学习小提琴，梦想成为一名小提琴演奏员。后来，爱因斯坦虽然放弃了这一美好的理想，但音乐这个爱好伴随他度过了70余个春秋。他多次表示，如果他在科学上不成功，他会成为一个音乐家。
除了爱因斯坦，普朗克、玻恩、薛定谔、居里夫人等这些著名的物理学大师也是音乐爱好者。更有意思的是，一些物理学家所从事的科学活动也与音乐有着千丝万缕的联系。
01
被科学选中的“音乐家”
出生于“音乐之都”维也纳的热力学和统计物理学奠基人之一、奥地利物理学家玻尔兹曼擅长跳舞和弹奏钢琴。
德国物理学家亥姆霍兹不但爱好音乐，对音乐史也有所研究，阐明了音乐发展的基本趋势。由于他在音乐上的特殊贡献，大多数现代音乐学词典中都有亥姆霍兹的名字。
量子力学主要创始人海森堡受到音乐理论中“泛音振动的频率是基音振动的整数倍”的启发，提出了原子跃迁基频与次频的猜想。
德国天文学家开普勒在音乐和谐思想的引领下，对太阳系行星运动进行研究，得出了开普勒第三定律。
其实不但国外物理学家爱好音乐，中国的很多物理学家也喜欢音乐。
例如，吴健雄的丈夫高能物理学家袁家骝喜欢拉二胡，还曾参加蒋风之先生在燕京大学举办的二胡训练班。
02
物理与音乐的双向奔赴
许多物理学家都热爱音乐，他们的科学活动也与音乐有紧密的关系。
莱布尼兹认为，音乐是“不知不觉地进行计算”的精神欢乐，在计算中表现出世界的和谐
。他还说，音乐是“上帝给世界安排的普遍和谐的仿制品”。他把音乐同宇宙的有秩序加以比较，并认为“任何东西都不像音乐中的和声那样能使感情欢快，而对于理性来说音乐是自然界的和声，对自然界来说音乐只不过是一种小小的模拟”。
优美的音乐对神经系统有良好的刺激作用，能促使人体分泌一些有益于健康的生物活性物质。这也是很多脑力劳动者喜爱用音乐来消除疲劳、振奋精神的原因。
但是物理学家钟情音乐却有更深层次的内涵。
音乐往往能催化出物理学家的科学创见和思维火花
。在音乐的滋养熏陶下，艰深的物理学有了美妙的旋律。在科学创造发明的关键时刻，音乐能起到沟通思维、产生顿悟、闪现灵感、形成概念的作用，这正是内涵深邃的科学想象的实践过程。磨刀不误砍柴工，爱好音乐，不仅不会浪费时间，而且能够提高科学研究的效率，也许这正是很多物理学家喜欢音乐的原因。
03
用物理解码音乐，
在音乐中认识物理
很多物理学家都与音乐有不解之缘，甚至是音乐爱好帮助他们走到了事业的巅峰。不过物理学家对音乐的理解与专业的音乐家有所不同，
物理学家常常从物理的角度来欣赏音乐、理解音乐、解释音乐
。
从物理的角度对音乐进行研究始于古希腊的哲学家毕达哥拉斯。后来，伽利略、牛顿、笛卡尔、惠更斯等许多物理学家都对音乐与物理的关系有一定的研究。
伽利略：
在音乐中延续科研方法
“力学的拓荒者”伽利略对近代物理学所做的奠基性工作被深深地打上了音乐的烙印。伽利略的父亲精通音乐理论，对乐器的弦做了张力与长度的实验研究，否定了传统音乐理论的基本假设，并最终于1581年出版了著作《关于古代与现代音乐的对话》。
父亲的熏陶对处在少年时代的伽利略产生了深远的影响。后来，伽利略对落体规律的研究方法与父亲的方法如出一辙，而他那两本具有划时代意义的《关于托勒密和哥白尼两个世界体系对话》，可以说就是他父亲的《关于古代与现代音乐的对话》的延续。
开普勒：在音乐中发现宇宙和谐
开普勒是集天文学、星相和音乐爱好者于一身的科学家。在正式登上科学殿堂之前，开普勒曾写过一本《宇宙的奥秘》，书中从讨论音乐的谐音着手，给出一组悦耳的乐音振动弦的长度比例，再使特定的谐音比例与某个正多面体相关联，得出了一个球体与多面体相互嵌入的宇宙模型。这个模型的科学价值虽然不大，却展现了开普勒丰富的想象力，因此开普勒受到当时的大天文学家第谷重用，开始了他研究行星运动规律的科学生涯。
第谷逝世之后，开普勒着手整理第谷积累了40年的天文观测资料，发现了行星运动第一、第二定律。之后他以更饱满的热情探寻宇宙和谐，通过对音乐的和谐（谐音）和占星的和谐（星相）进行深入的数学分析，终于在1619年完成了《宇宙和谐论》。在该书的最后一章中，他说明了谐音原则也可以在太阳坐标系中将行星近日点和远日点的角速度表示出来，从而得到了行星运动第三定律。
牛顿：在音乐中发现光的韵律
牛顿在剑桥大学三一学院读书时就开始学习音乐理论。后来到乡下躲避瘟疫时，他开始将音乐知识应用于对光和颜色的研究。牛顿曾将自己用三棱镜分得的太阳光谱定义为5种颜色：红、黄、绿、蓝、紫，后来他又在红色和黄色之间定义了橙色，在蓝色和紫色之间定义了靛色，这样一来光谱就“更美、更匀称”，比原先的5种颜色“更具有纯洁的对称性”。
今日荐读
《物理与艺术》
孟凡明 编著
梁玲 责编
复旦大学出版社
2025年9月
物理属自然学科，是科学的一部分，用数学语言描述自然，试图在万事万物中找到一种规律和模式，客观地表述世界；艺术属人文科学，亦是科学的一部分，用艺术手法描述自然，试图在大千世界中找到一种寄托和慰藉，主观地表述世界。它们都在尽力表达自我，尽力展现一种美。有时候当你看到一份艺术品或品味一个人的艺术人生时，你会惊奇地发现其中无不透着物理知识；有时候当你掌握一些物理知识或触碰一些科技新知时，同样会发现这些知识与科技的创新其实就是一门艺术。归根结底，物理与艺术都属于科学，都在揭示真、善、美，都在触碰人类的灵魂；物理与艺术探究的终极目标都是指向真、善、美的最高境域。
“物理与艺术”是一门具有创新特色、文理交融的素质教育课程，适合各学科专业学生学习。全书将围绕物理与文学、物理与书法、物理与绘画、物理与建筑、物理与音乐、物理与舞蹈、物理与杂技、物理与戏剧、物理与影视等主题，分析与阐述各类艺术中所蕴含的物理原理与知识，以及物理学中所包含的丰富的艺术思想，充分体现物理与艺术的融合、渗透与关联，反映物理中有艺术，艺术中有物理。
本期编辑 | 李映潼
