吕建华
在科学、音乐和数学之间徜徉 精选
2022-5-20 11:02
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在科学、音乐和数学之间徜徉

-介绍剑桥大学应用数学和理论物理系Michael Edgeworth McIntyre教授

[文章发表在今天的中国科学报第三版:https://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2022/5/369502.shtm 这里是文章原稿。]

    迈克尔 埃奇沃斯 麦金太尔 (Michael Edgeworth McIntyre)教授是剑桥大学应用数学与理论物理系荣休教授,英国伦敦皇家学会会员、欧洲科学院院士,国际知名的大气动力学家、流体力学家和应用数学家。他和他的学生大卫 安德鲁斯(David Andrews)于上世纪1970年代中后期提出的广义拉格朗日平均(GLM)和变形欧拉平均(TEM)理论对波流相互作用理论做出了开创性贡献。由于这一理论贡献对大气、海洋等地球和行星流体动力学的发展产生了重大影响,麦金太尔教授于1987年被美国气象学会授予气象学研究的最高奖-罗斯贝奖。 但麦金太尔教授的贡献远不止于此,他在音乐声学、太阳差旋层动力学等多个领域都有原创性贡献。更令人惊奇的是,他本来还很可能成为一位职业的音乐家。

首先让我们从他最近的一本跨学科著作讲起。这本书的书名是 《Science, Music, and Mathematics –The Deepest Connections》(新加坡世界科技出版社出版,书名暂译为《科学、音乐和数学-最深刻的联系》)。全书共分六章和终曲(postlude),单从每章的标题就可以感受其内容的广泛:1. 无意识的大脑;2. 何为明晰性?何为理解? 3. 思维定势、进化和语言;4. 因果幻觉和感知方式;5. 何为科学?6. 音乐、数学和柏拉图理念世界;最后以“气候的放大器隐喻”作为全书的终曲。

很难想象有人-除了极少数百科全书式的通才-能在上面提到的诸多论题都有深刻而融会贯通的见解,但麦金太尔教授正是这样一位百科全书式的科学家和音乐家。这可能受益于他所来自的家庭。他的曾外祖父埃奇沃斯 大卫(Edgeworth David)是一位著名地质学家和南极探险家-南极洲的大卫冰川和大卫岛就是以他的姓氏命名的。他的父亲是一位受尊敬的神经生理学家,而他的母亲是一位有成就的画家。而麦金太尔教授本人年轻的时候曾经是新西兰国家青年交响乐团的首席小提琴家。即使在他攻读剑桥大学的流体力学博士学位期间,还曾参加过音乐比赛并进入半决赛,并且被邀请加入一个职业的弦乐四重奏乐团。但幸运的是他最终选择了科学和数学,而音乐则成为了他一生的爱好。

他做这样的选择,除了因为他在科学方面有天赋,很大程度上也和他的个性和理念有关。他曾在一次讲演中提到,他对作为商业的音乐圈内盛行的赢家通吃、过度竞争的文化以及对青年音乐家的无耻剥削等现象深感不满。而作为对照,科学作为一种职业更吸引他和很多年轻人是因为科学中特有的一种“馈赠文化(gift culture)”。这种“馈赠文化”的关键特征是这样一种近于骑士精神的科学伦理:有竞争关系的同事之间,在保持自然的竞争性和保密性的同时,总是保持一定程度的开放性和共同解决问题的合作精神。

关于科学伦理,他还这样说道:“如果你在科学研讨会上就自己心爱的理论站起来说‘我错了’,你会赢得而不是失去同行的尊重。你的声誉会增加而不是减少。”科学伦理对事实、证据和理论的一致性和自洽性的要求要高于个人自我和面子的重要性。如果是别人指出了你的错误,那么科学伦理还要求你一有机会就介绍指出你错误的科学家的名字,使更多的人知晓他的贡献。我相信很多热爱科学的人都会同意他的观点。

尽管他没有以音乐为职业,但他一直保持着对音乐的纯粹兴趣和爱好。他和同事曾于1978年在交叉科学评论杂志上发表过一篇关于弦乐乐器的声学论文,而且这篇论文后被美国声学会选入音乐声学的基准论文集。同时或许由于他的家学渊源,他对神经科学和认知科学也有浓厚兴趣,这促使他于1997-98年在交叉科学评论杂志上发表了关于“明晰性和科学(lucidity and Science)” 的三篇系列长文,阐述了他对科学研究和交流的明晰性原则(lucidity principles)和科学伦理的系统观点。

我第一次见到麦金太尔教授还是在他1992年到北京参加学术会议并应邀到到中国科学院大气物理所做学术报告的时候。当时我还只是刚从玉泉路回到所里不久的二年级研究生,未曾和他有所交流,他给我留下最深的印象是一位风度翩翩的美髯公。真正和麦金太尔教授有交流还是在十多年后我在美国工作期间。任何一个对大气、海洋等地球物理流体动力学感兴趣的青年研究者,麦金太尔教授的工作是无法绕过的高峰。而对我来说,他的研究风格尤其具有吸引力,因为虽然他擅长数学,但总是善于从物理直观出发把问题讲得深入而又透彻。所以我就设法找到他所有的论文来看,其中大部分是在他的个人网页(http://www.damtp.cam.ac.uk/user/mem/ ) 上找到的。在他的主页里恰好就有上面提到的三篇“明晰性和科学”系列论文。刚开始论文之吸引我,仅仅是因为他对写作技巧的讨论。但他在论文里所涉及的面是如此的广泛,从人的认知方式、音乐、进化论、语言学、科学伦理、历史和哲学等等都有涉及,而写得又是如此引人入胜,以致我通宵达旦一气读完了全文,并因此和他成为忘年之交。 

巧合的是,我国最高科技奖获得者、著名的大气科学家叶笃正先生在1980年代初率团访问剑桥大学时就曾听当时还很年轻的麦金太尔教授介绍研究工作。而他1992年到大气所的访问和报告过程中和叶笃正先生的接触,也使他在几十年后还印象深刻。因此我邀请他参加2016年9月叶笃正先生诞辰100周年学术会议时,他很快接受了邀请。在根据报告整理的文章(“关于多层面思考 ”)中他特别提到他印象中的叶笃正先生是一位“真正的绅士,文明的最好代表”http://www.iapjournals.ac.cn/aas/en/article/doi/10.1007/s00376-017-6283-3 

在参加叶笃正先生诞辰100周年学术会议之后,我请他在南京、广州、珠海、北京等的高校和大气所做了多场学术报告。他总是满怀热情、不顾疲倦地和青年学子们交流。只有亲身感受到他对年轻人的热情和在同行前的谦逊,才能理解为什么他能培养出那么多在国际大气科学界知名的科学家,并广受人们尊敬。毫无疑问, 麦金太尔教授也是一位“真正的绅士,文明的最好代表”。

在他结束2016年9月的中国之行回英国时,我送他到首都机场的三号航站楼。因为还有时间,我们就在二楼的咖啡厅继续交谈。记得他当时谈到了2的1/12次方这个特殊的数字-也就是音乐中著名的十二平均律。我不擅音乐,但知道明朝的王子朱载堉曾早于欧洲人发明了十二平均律,并用特制的算盘将2的1/12次方计算到小数点后很多位。 尽管十二平均律发扬广大于西方,但其发明却在中国,足以说明对音乐和数学之间联系的认识是超越民族的,而中国的年轻一代同样可以象麦金太尔教授一样, 徜徉在科学、音乐和数学之间,寻找其中的通感,感受它们之间的联系,并有崭新的创造。


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