很多物理學家都與音樂有著密切的聯系,甚至他們的音樂愛好也幫助他們達到了事業的巔峰。 當然,對于大多數物理學家來說,音樂只是一種愛好,他們與職業音樂家不同。 也就是說,物理學家常常從物理的角度來欣賞和理解音樂。
從物理角度理解音樂
從物理角度研究音樂始于古希臘哲學家畢達哥拉斯。 后來,伽利略、牛頓、笛卡爾、惠更斯等許多物理學家都對音樂與物理的關系進行了一定的研究。
伽利略的父親精通音樂理論,寫有《音樂對話》一書。 伽利略也一直熱愛音樂。 在比薩大學學習醫學期間,他曾在比薩教堂做禮拜,注意到教堂屋頂上懸掛著一盞擺動的枝形吊燈。 他利用自己擅長的脈搏跳動和音樂節奏推導出鐘擺的等時性。 此外,伽利略受到琵琶的啟發,進行了斜面實驗,從而發現了“落體定律”。
牛頓對音樂的熱愛可以從他經常隨身攜帶的小提琴上看出。 1665年,牛頓對音高、音階和音律進行了研究,并留下了10頁手稿。 特別值得一提的是,牛頓首先提出了音樂與色彩的聯覺理論。 牛頓曾用棱鏡對太陽光進行色散實驗,證明太陽光是由紅、橙、黃、綠、藍、紫七種顏色的光組成。 同時,牛頓還對“七種音調”與“七種顏色”之間的神秘對應關系進行了有趣的探索,并確定音階中的7種音調可以對應于可見光譜中的7種顏色。 牛頓關于音樂與色彩的聯覺理論發表后,有人以此為基礎設計制造了視覺羽管鍵琴,后來又出現了彩色鋼琴和彩色管風琴。 20世紀70年代,科學家們還將激光技術應用于彩色音樂。
現代物理學家中的“音樂家”
愛因斯坦也出生在一個藝術世家。 他的母親能彈能唱,尤其喜歡貝多芬的鋼琴奏鳴曲。 她的母親成為愛因斯坦的第一位音樂老師。
愛因斯坦6歲上小學時就在音樂老師的指導下開始學習小提琴,他甚至夢想成為一名小提琴家。 后來,愛因斯坦雖然放棄了這個美好的理想,但他始終帶著小提琴,幾乎形影不離。
有一次,愛因斯坦被比利時國王邀請到他的宮殿做客。 他穿著簡單的衣服,背著一個琴盒。 比利時國王派來接他的司機沒有認出愛因斯坦,就從他身邊經過了。 愛因斯坦終于獨自走到了比利時皇宮。 在皇宮里,愛因斯坦不僅受到國王的熱情款待,還與王后、英國女音樂家和宮女一起演奏四重奏和三重奏。 這場小型的即興音樂會持續了幾個小時,讓愛因斯坦非常興奮。 在場的賓客都陶醉了。
愛因斯坦喜歡巴赫、舒伯特和勃拉姆斯的音樂。 他從古典音樂中體會到和諧之美,感受到自然的和諧與物理理論的和諧相聯系。 愛因斯坦相信音樂是創造新理論的催化劑。 他在研究《相對論》時,每當遇到困難,他就拿起小提琴,一遍又一遍地演奏音樂,用音樂來激發靈感。 愛因斯坦的朋友兼音樂家鈴木先生說:“音樂激發了人們的想象力。音樂激發了愛因斯坦對宇宙的觀察,進而發表了著名的‘相對論’。”1930年愛因斯坦在柏林的演講音樂會結束后,他迫不及待地擁抱年輕的猶太小提琴家梅紐因,表達對音樂的深深贊嘆。
量子力學的創始人普朗克不僅是愛因斯坦科學生涯中的同事和朋友,也是愛因斯坦音樂愛好的知己。 普朗克熱愛音樂,鋼琴和手風琴都彈得很好。 1874年選擇大學專業時,普朗克在音樂、語言文學和自然科學之間猶豫不決。 幸運的是,普朗克選擇了物理學,正是他的研究成果打破了19世紀下半葉物理學理論研究的沉默。 愛因斯坦和普朗克經常在柏林科學院一起玩耍。 在兩位物理學家的心目中,科學之美與藝術之美是相通的。 在科學上,他們共同描繪出一幅壯麗的物理圖畫物理學家愛,在音樂上,他們也能一起演奏出扣人心弦的動作。
一個同時熱愛音樂和物理的“愛好者”
奧地利物理學家玻爾茲曼,熱力學和統計物理學的奠基人之一,出生于“音樂之都”維也納,擅長跳舞和彈鋼琴。 為了培養孩子們對音樂的興趣,他還在音樂廳為全家預留了固定座位。
德國物理學家亥姆霍茲不僅熱愛音樂,還對音樂史進行研究,闡明了音樂發展的基本趨勢。 由于亥姆霍茲對音樂的特殊貢獻,他的名字被收錄在大多數現代音樂學詞典中。 英國物理學家托馬斯·楊也是一位具有偉大音樂造詣的物理學家。 他在研究光的干涉現象時,和牛頓一樣,通過光與音樂的類比也取得了重要發現。 德國物理學家海森堡受到音樂理論中泛音振動的頻率是基頻振動的整數倍這一事實的啟發,對原子躍遷的基頻和次頻做出了猜想。 除了上述之外,熱愛音樂的物理學家還有很多,比如玻恩、盧瑟福、歐姆、薛定諤、居里夫人……
音樂碰撞出思想的火花
物理學試圖揭示自然現象背后的未知規律,需要運用邏輯思維和數學語言進行研究; 而音樂揭示了人類情感的未知內容,從事音樂活動主要運用形象思維和藝術語言。 這兩種思維方式看似完全無關,但在一些物理學家身上卻奇跡般地統一了。 愛因斯坦認為,音樂和物理學領域的研究工作雖然起源不同,但卻有著共同的目的。 它們都表達了人類對未知的渴望。 他們反映的方式不同,但又相輔相成。 愛因斯坦曾說過:“世界可以由音符或數學公式組成。” 其實物理學家愛,物理的學習不僅需要智力,還需要情感。 在某些情況下,情緒因素尤為重要。