物理學(xué)界的音樂“發(fā)燒友”

王洪鵬

很多物理學(xué)家都與音樂有著不解之緣，也許正是音樂愛好幫助他們走到了事業(yè)的巔峰。當(dāng)然，對于大多數(shù)物理學(xué)家來說，音樂只是業(yè)余愛好，他們與專業(yè)的音樂家是有區(qū)別的，因?yàn)槲锢韺W(xué)家常常是從物理學(xué)的角度來欣賞音樂、理解音樂。

從物理學(xué)的角度理解音樂

從物理的角度對音樂進(jìn)行研究始于古希臘哲學(xué)家畢達(dá)哥拉斯，后來伽利略、牛頓、笛卡爾、惠更斯等許多物理學(xué)家都對音樂與物理的關(guān)系有一定的研究。

伽利略的父親精通音樂理論，著有《音樂對話》一書，而伽利略也一直熱愛音樂。在比薩大學(xué)學(xué)醫(yī)期間，一次伽利略在比薩教堂做禮拜時(shí)，注意到教堂屋頂懸掛著一盞搖擺不定的吊燈，他利用脈搏的跳動(dòng)和自己擅長的音樂節(jié)拍，得出了鐘擺的等時(shí)性。此外，伽利略受魯特琴的啟發(fā)，做出斜面實(shí)驗(yàn)，從而發(fā)現(xiàn)了落體定律。

牛頓對音樂的愛好可以從他經(jīng)常帶在身邊的一把提琴看出。1665年，牛頓進(jìn)行了有關(guān)音高、音階和音律的研究，并留有十頁手稿。值得一提的是，正是牛頓最早提出音樂和顏色的聯(lián)覺理論。牛頓曾用三棱鏡對陽光做色散實(shí)驗(yàn)，證明陽光是由紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七種色光組成，同時(shí)他還對七音與七色之間奧妙的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行過有趣的探索，認(rèn)定音階中的七個(gè)音和可見光譜中的七種顏色可以對應(yīng)起來。牛頓關(guān)于音樂和顏色的聯(lián)覺理論發(fā)表后，有人據(jù)此設(shè)計(jì)制造了視覺大鍵琴，后來又有了色彩鋼琴和色彩風(fēng)琴。二十世紀(jì)七十年代，科學(xué)家還將激光技術(shù)應(yīng)用在色彩音樂上。

現(xiàn)代物理學(xué)家中的“音樂人”

愛因斯坦出生在一個(gè)藝術(shù)之家，母親能彈會唱，尤其喜歡貝多芬的鋼琴奏鳴曲，于是母親便成了愛因斯坦的音樂啟蒙老師。

愛因斯坦從六歲上小學(xué)起，就在音樂老師的指導(dǎo)下開始學(xué)習(xí)小提琴，他甚至夢想將來能成為一名小提琴演奏家。后來，愛因斯坦雖然放棄了這一美好的理想，但他總是把小提琴帶在身邊，幾乎形影不離。

有一次，愛因斯坦應(yīng)比利時(shí)國王邀請到王宮做客。樸素的衣著加上手拎一個(gè)琴箱，比利時(shí)國王派去接他的司機(jī)竟然沒有認(rèn)出愛因斯坦，與他擦肩而過，愛因斯坦只能自己步行走到比利時(shí)王宮。在王宮里，愛因斯坦不僅得到了國王的熱情款待，還與王后、一位英國女音樂家和一位宮廷侍女一起演奏了四重奏和三重奏，小小的即興音樂會持續(xù)了好幾個(gè)小時(shí)，令在座的賓客陶醉其中。

愛因斯坦喜歡巴赫、舒伯特、勃拉姆斯的樂曲，從古典音樂中他體驗(yàn)到和諧之美，感受到大自然的和諧與物理理論的和諧是相通的。愛因斯坦認(rèn)為音樂是創(chuàng)造新理論的催化劑，他在研究相對論的時(shí)候，每當(dāng)遇到困難時(shí)，就拿起小提琴一遍一遍地演奏樂曲，用音樂來尋找靈感。愛因斯坦的朋友、音樂家鈴木先生說：“音樂啟發(fā)人的想象力，也正是音樂啟發(fā)了愛因斯坦對宇宙的觀察，進(jìn)而發(fā)表了著名的相對論。”愛因斯坦在1930年柏林的一場音樂會后，迫不及待地上前擁抱年輕的猶太人、小提琴家梅紐因，并深情表達(dá)了自己對音樂的贊美之情。

量子力學(xué)創(chuàng)始人普朗克不僅是愛因斯坦科學(xué)事業(yè)上的同事和朋友，更是愛因斯坦音樂愛好的知音。普朗克摯愛音樂，鋼琴和手風(fēng)琴都彈得很好，1874年在選擇大學(xué)專業(yè)時(shí)，普朗克就在音樂、語言文學(xué)和自然科學(xué)之間徘徊過，幸好普朗克選擇了物理，正是他的研究成果打破了十九世紀(jì)下半葉物理學(xué)理論研究上的沉寂狀態(tài)。在柏林科學(xué)院，愛因斯坦和普朗克常常一起合作演奏，在兩位物理學(xué)家心中，科學(xué)和藝術(shù)之美是相通的，在科學(xué)上他們共同描繪物理學(xué)的壯麗圖景，在音樂上他們也能共同演奏扣人心弦的樂章。

愛音樂也愛物理的“發(fā)燒友”

出生于音樂之都維也納的熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)物理學(xué)奠基人之一、奧地利物理學(xué)家玻爾茲曼擅長跳舞和彈奏鋼琴，為了培養(yǎng)孩子們的音樂興趣，他還在音樂廳專門為全家人預(yù)訂了固定的席位。

德國物理學(xué)家亥姆霍茲不但愛好音樂，而且對音樂史也進(jìn)行了研究，闡明了音樂發(fā)展的基本趨勢。由于他在音樂上的特殊貢獻(xiàn)，大多數(shù)現(xiàn)代音樂學(xué)詞典中都有亥姆霍茲的大名。

英國物理學(xué)家托馬斯·楊也是一位很有音樂修養(yǎng)的物理學(xué)家，他在研究光的干涉現(xiàn)象時(shí)，和牛頓一樣，也是將光與音樂進(jìn)行類比討論而得到重大發(fā)現(xiàn)。

德國物理學(xué)家海森堡由于受到音樂理論中泛音振動(dòng)的頻率是基音振動(dòng)的整數(shù)倍的啟發(fā)，做出了原子躍遷的基頻與次頻的實(shí)驗(yàn)。

除了以上幾位，熱愛音樂的物理學(xué)家還有很多，如玻恩、盧瑟福、歐姆、薛定諤、居里夫人……

音樂碰撞出思想的火花

物理學(xué)試圖揭示自然現(xiàn)象背后未知的規(guī)律，要運(yùn)用邏輯思維和數(shù)學(xué)語言進(jìn)行研究；而音樂是揭示人類感情中未知的內(nèi)容，從事音樂活動(dòng)主要是運(yùn)用形象思維和藝術(shù)語言。這兩種思維方式好像是風(fēng)馬牛不相及，可它們神奇地統(tǒng)一在了這些物理學(xué)家身上。

愛因斯坦認(rèn)為，雖然音樂和物理學(xué)領(lǐng)域中的研究工作在起源上是不同的，但它們被共同的目的聯(lián)系著，都表達(dá)了人類對未知事物的渴求，雖然反映的方式不同，但它們互相補(bǔ)充著。愛因斯坦曾說：“世界可以由音樂的音符組成，也可以由數(shù)學(xué)公式組成。”其實(shí)，物理學(xué)研究不僅是理智的，它也需要情感，在某些情況下，情感的因素會顯得尤為重要。