《在美术馆遇见爱因斯坦:艺术与科学的20次碰撞》
【英】伊恩·布拉奇福德;【英】蒂莉·布莱思

▷序言:shimo.im/docs/913JMgQb7xiZeaAE

纵观历史,艺术家和科学家一样,都被好奇心和探索内心与外部世界的渴望所驱动。他们一直想要理解他们的周遭所见和内心所感,为此,他们会观察、记录和改造。有时他们会密切合作,从彼此的实践中汲取灵感。他们从不同的视角,带着不同的目标,通过不同的方式来想象世界、与世界互动——这些视角或许是互补的,但由于彼此受到不同的主客观因素影响,又充满了冲突甚至是分歧。
本书思考了从18世纪中叶到21世纪初的两个半世纪里,这种关系是如何演化和自我表达的。本书探究了科学和技术的独创性如何被融入艺术表达之中,以及创造性的实践如何反过来又刺激了科学和技术的创新。当艺术家借鉴科学时,他们都做了哪些事情?他们是局限于隐喻和类比,和科学仅有着松散的联系,还是也能为科学家提供可研究的想法和主题?科学家是否会接受这些建议?是否能有效地利用艺术手法来帮助自己理解世界?这两个学科之间的合作可能有时略显隐晦,但也可能是强有力的。

——「序言」

【矛盾代时 1940年至今】

第二次世界大战期间和战后,新的成像技术和计算机建模技术发展了起来,这使得观察者又关注起了理解数据的技能。战后的繁荣、技术在民用方面的新希望,以及科学技术在未来所扮演角色的不确定性交织在一起,令人不安。艺术的想象力和科学的想象力在同一种创造性文化中相聚,但有时它们的语言似乎比以往任何时候都更加不一致。这是一个恐惧和反乌托邦的时代,也是一个充满雄心和希望的时代。

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「第二十章 想象宇宙|未知边缘的观念艺术」

当1919年的日食证实了我的直觉时,我丝毫没有感到惊讶。事实上,如果结果不是这样,我一定会大吃一惊。想象力比知识更重要。因为知识是有限的,而想象力包容世界上的一切,推动着社会进步,并且是进化的源泉。严格来说,想象力是科学研究中的实在因素。

——阿尔伯特·爱因斯坦,1931年

爱因斯坦的广义相对论于1915年首次提出,至今仍是当代最重要的科学理论之一。许多物理学家认为,它不仅极其深刻(它提出了关于引力和时空的新观点),而且非常有美感。像所有科学观念一样,这一理论最初也是通过观察来验证的:在这个例子中,是通过天文观测,观察到了太阳对星光路径的弯曲现象,而这正是广义相对论所预言的。但这一理论并非源于实证经验,而是源于爱因斯坦的创造性思维。这是一个典型的例子,说明科学和艺术一样,需要想象力才能向前发展。
艺术常常被用来将科学形象化,并为我们如何思考那些似乎抽象而奇异的想法提供了建议。艺术家也可以从科学思想中汲取灵感,而不必过于担心他们的表达是否“准确”,更不用将“解释”科学视为己任。但偶尔,艺术似乎也能帮助科学进行思考,例如迫使科学家从一个新的角度看待自己的研究。与艺术家合作过的科学家有时也会这样说,承认艺术体验使他们能够以新的方式来解读自己的研究。也许,特别是在那些超出我们常规认知和可视化范畴的领域,科学更加需要新颖的、充满想象力的视野。

科妮莉亚·帕克(Cornelia Parker)一般被视为观念艺术家,但她对材料的研究却异常深入。她曾将乐器压扁,把圣保罗大教堂回音廊的灰尘做成耳塞,还在曼彻斯特大学物理学家、诺贝尔奖获得者康斯坦丁·诺沃肖洛夫(Kostya Novoselov)的帮助下,将从惠特沃思艺术馆(Whitworth Art Gallery)收藏的威廉·布莱克画作中提取的石墨变成了石墨烯(一种由单层碳原子组成的材料),然后又将其变回了艺术品。她的作品往往在探讨如何利用材料以及能对材料做些什么,从而改变其性质和意义。布鲁斯·W. 弗格森(Bruce W. Ferguson)在她作品选集的序言中写道,帕克“认为所有材料都已经为下一次意想不到的改变做好了准备,也为随后的嬗变敞开大门”。
帕克经常借鉴物理学中的观点,尤其是与空间属性有关的观点。她试图理解和表现当代理论物理学的抽象概念。她有时直接与科学家合作,有时也从阐释科学研究的通俗读物中汲取灵感。
在一组名为《陨石降落》(Meteorite Landing)的作品中,她将真正的陨石加热到高温,用它们在道路地图上显示的重要位置烫出“撞击坑”。然后,她将陨石磨碎,把陨石粉末装入烟花火箭中,并在上述地点点燃——其中最著名的是伯明翰的斗牛场购物中心,那是一座野兽派建筑。1999年担任科学博物馆驻场艺术家期间,帕克创作了《爱因斯坦的摘要》(Einstein's Abstracts),在这件作品中,她用高倍率放大镜拍摄了爱因斯坦在一块黑板上写的粉笔字。这块黑板自1931年以来一直保存在牛津科学史博物馆,上面是爱因斯坦当年在牛津大学做讲座时写的板书,这是该博物馆最受欢迎的展品之一。从如此之近的距离看时,黑色背景上的粉笔颗粒就像银河系的图像。

艺术家科妮莉亚·帕克用爱因斯坦在1931年使用过的黑板进行创作,这块黑板现在保存在牛津科学史博物馆。(如图)

帕克说,通过显微镜拍摄这些文字让她离爱因斯坦的理论又近了一步。“我很难理解爱因斯坦,”她告诉艺术评论家伊沃娜·布莱兹维克(Iwona Blazwick),“但不知为何,如此近距离地观察他的粉笔痕迹时,这些痕迹似乎让人联想到雪堆或宇宙的图像,这帮助我理解了以前无法理解的东西。”帕克理解的路径来自专注于思想的物质表达,而不是抽象的技术细节。她说,她可以想象爱因斯坦折断粉笔的情景,而粉笔本身又是由很久以前深海动物的残骸制成的。布莱兹维克说:“帕克的雕塑和装置作品为我们体验外部世界的方式提供了类比,即我们通过意识吸收外部世界,并通过主观性和记忆对其进行调整。她通过抽象化的艺术处理,对这种存在过程进行了物质表达。”

1931年,爱因斯坦应牛津大学物理学教授弗雷德里克·林德曼(Frederick Lindemann,后来成了丘吉尔的科学顾问)之邀,在牛津大学做了三场讲座,而早在十多年前,他就已经成为国际名人了。黑板上的文字排版整齐,所有距离和时间的度量都用德语书写:例如,L. J. 表示Licht Jahr,意为光年,即光在一年中传播的距离。《泰晤士报》在报道其中一次讲座时说:“爱因斯坦教授用德语演讲,没有笔记。有两块事先写满国际通用数学符号的黑板供他参考。”保存在牛津的这块黑板是第二场讲座的黑板,讲座主题为“宇宙学问题”。
广义相对论提供了一种看待引力的新方法。在17世纪,艾萨克·牛顿将万有引力解释为一种作用于远处物体的力。但在爱因斯坦的理论中,引力来自空间和时间本身的曲率。这一理论是高度数学化的,但理解“弯曲的时空”的实际含义,对我们的直觉来说还是一个挑战。正如美国物理学家约翰·惠勒(John Wheeler)所说,“空间告诉物质如何运动,物质告诉空间如何弯曲。”宇宙学家大卫·斯伯格尔(David Spergel)说:“这对宇宙学的意义在于,一旦你确定了宇宙中物质的基本属性,宇宙的过去和未来就可以计算或预测了。”
很快,爱因斯坦的理论解开了一个谜团。天文学家观察到,水星绕太阳运行的轨迹并不能完全用牛顿的运动定律来解释。如果考虑到太阳的质量如何影响水星周围的时空,那么水星运动的这种异常就可以用广义相对论来解释了。作为太阳系中离太阳最近的行星,水星最能受到时空扭曲的影响。
该理论的第二个预测可以通过实验来检验,爱因斯坦称之为“引力场作用下的光线弯曲”。该理论认为,光线在靠近大质量物体时不会沿直线传播,因为光线会遵循空间的扭曲:也就是说,光线会弯曲。

日食观测的条件似乎并不乐观,但观测小组还是加紧了准备工作。爱丁顿写道:
5月29日早上,从上午10点到11点30分,下了一场非常大的雷雨——在这个时节是不寻常的。太阳出现了几分钟,但云层又聚集起来。在日全食前约半小时,偶尔可以瞥见新月形的太阳。到下午1点55分,可以持续透过飘浮的云层看到太阳。计算出的日全食时间是格林尼治标准时间(GMT)的下午2时13分5秒至2时18分7秒。按照事先准备好的程序进行了曝光,共获得16张底片。
最后,只有两张底片显示出足够多的恒星,可以用来生成像样的数据。与此同时,索布拉尔的团队也遇到了问题。巴西的天空很晴朗,但由于天气太热,主望远镜上用来聚焦太阳图像的镜面发生了轻微变形,从而破坏了拍摄结果。幸运的是,用一架较小的望远镜拍摄的照片还可以使用。
这些观测结果为爱丁顿和戴森提供了足够的数据,让他们得出了结论。1919年11月,皇家学会在伦敦举行的一次会议上,他们自信地宣布:“在索布拉尔和普林西比的考察结果无疑表明,在太阳附近发生了光的偏转,其偏转量达到了爱因斯坦广义相对论所要求的程度,可归因于太阳的引力场。”爱因斯坦的预言得到了证实。这次会议在媒体上广泛报道,爱因斯坦很快成为国际巨星。

广义相对论在宇宙尺度上也作出了预测。当爱因斯坦用它来计算整个宇宙的形状时,他惊愕地发现答案不是静态的:结果表明,宇宙一定在膨胀。这与当时的主流观点相悖,于是爱因斯坦在方程式中添加了一个任意额外项,以恢复静态不变的状态。
然而,亚历山大·弗里德曼(Alexander Friedmann)和乔治·勒梅特(Georges Lemaître)等其他理论家支持宇宙膨胀的观点——20世纪20年代的天文观测证明了爱因斯坦最初的结论。美国天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)使用当时最大的望远镜——加利福尼亚威尔逊山上100英寸(约2.54米)口径的胡克望远镜——对夜空进行了观测。哈勃和他的同事研究了来自遥远星系的辐射,结果表明,星系离我们越远,它们飞离我们的速度就越快。随着星系的远离,它们的运动通过多普勒效应“拉伸”了光的波长(这与接近或远离警笛时,其音调发生变化是相同的原理)。这就是所谓的“红移”,因为可见光会向光谱中的长波端,也就是红端移动。

1919年5月在巴西索布拉尔拍摄的日全食照片,为爱因斯坦的广义相对论提供了支撑。(如图)

在牛津大学的第二场讲座中,爱因斯坦提到了他最初引入的这个概念,也就是我们如今所称的宇宙学常数——他在其他地方称之为他“最大的失误”——并确认哈勃的观测结果已经使这一修正变得没有必要了。
宇宙正在膨胀,这一发现意味着宇宙曾经一定小得多——事实上,从理论上讲,我们可以遵循方程式一直追溯到一个无限小的点,称为奇点。因此,宇宙学家得出结论,宇宙——所有的空间、时间和物质——起源于一次爆炸,被称为(最初是带有贬义的)大爆炸。
但是,爱因斯坦的宇宙学常数并没有消失。20世纪末,天文学家发现宇宙不仅在膨胀,而且越来越快:宇宙正在加速膨胀。解释这种运动的一个方法是引入暗能量的概念。暗能量是一种假设的能量形式,分布在空间中,可以抵消引力的拉力。表达暗能量影响的一种方法就是引入宇宙学常数。

科妮莉亚·帕克最著名的作品《冷暗物质:爆炸视图》(Cold Dark Matter: An Exploded View ,下文简称《冷暗物质》)探讨的就是关于暗物质的观点。这件作品于1991年在伦敦东区的奇森海尔画廊(Chisenhale Gallery)首次展出。在制作过程中,帕克在一间普通的花园棚屋里堆满了各种日常用品,然后请英国军队的一名爆炸专家将其炸毁。之后,她收集爆炸后的碎片并将碎片重新组合,用金属丝将它们悬挂在围绕中央的灯泡分布的细绳上,从而在四周的墙壁上投射出戏剧性的阴影。这件作品的标题指的是关于暗物质性质的一个理论观点:暗物质是“冷”的,这意味着暗物质粒子的移动速度比光速慢。在帕克看来,冷暗物质是“宇宙中我们既看不见也无法量化的物质”。
帕克说,1991年,在她创作这件作品时,冷暗物质还是一个非常新的概念。媒体当时在讨论它……有一种东西虽然存在但无法测量,我喜欢这个想法。因此,这件作品呈现的是一次爆炸,显然是在呼应宇宙大爆炸。这件作品试图实践一次爆炸并将其归纳为公式,试图对爆炸归类并下定义,试图赋予它某种结构。

受冷暗物质这一科学概念的启发,艺术家科妮莉亚·帕克于1991年炸毁了一间棚屋。(如图)

《冷暗物质》利用光和阴影来捕捉“大爆炸的瞬间”,让人想起埃德沃德·迈布里奇在19世纪晚期运用摄影来捕捉某个瞬间(见第九章)。帕克说,灯泡——
几乎成了宇宙的中心……随着作品逐渐成形,我把所有的小件物品放在灯泡旁边,然后把中等大小的碎片和碎木块放在边缘,这样就好像我把棚屋重新组合在了一起。碎片用金属丝悬挂在灯泡周围,形成了一个星座,看起来就像一个凝固的瞬间。
她实际上是在重现爆炸本身:“仿佛爆炸以一种安静、无声的方式再次上演了。”

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