哲學之外，數學是萬物之本，藝術是萬物之美，科技是萬物之力。先有數學，后有藝術，再有科技。一個作品，能同時擁有數學、藝術和科技，是設計師的一生夢想。海匯美術館，作為中國第一個被動式美術館，就是這樣一個追夢之作。
圖一：海匯美術館
一、數學是萬物之本
數學可以從很多角度被認識。在中國古代，數學叫算術，是“禮樂射御書數”六藝之一；在古希臘，數學有學習、學問、科學之意，被認為是“學問的基礎”。
古希臘數學家普洛克拉斯說過：“哪里有數學，哪里就有美。”數學的美，是自然美的客觀反映，是內在美的核心要素。數學的美首先體現在自然美之中，比如三角梅的三片花瓣體現了三角形的穩定，五瓣銀蓮花體現了五邊形的和諧。
圖二：五瓣銀蓮花
數學起源于人類早期的生產活動，《易經》中最早提到了“結繩計數”。誕生于公元前1300年的殷商甲骨文數字符號，是結繩計數的象形表示，但不代表數字最早誕生在中國。最早的數字可能是公元前5000年左右的蘇美爾人創造的，正是創造了數字，偉大的蘇美爾人在西亞的兩河流域創造了人類最早的文明中心，這也是人類四大古文明之一古巴比倫文明的重要基礎。
約公元300年初，古印度人創造了從1到9的數字及符號“0”。大約在公元700年左右，阿拉伯人接受并改進了這套古印度數字，隨后阿拉伯世界見證了數學的巨大發展，古印度數字從此被簡稱為阿拉伯數字。公元13世紀初，歐洲逐漸接受了阿拉伯數字，從而促進了文藝復興，誕生了后期的工業革命。
至今，印度人仍有很高的數學優勢并以此占據了計算機軟件優勢，比如印度的乘法口訣，可以口算到19×19=361。其計算邏輯是：第一步：前兩數（19）+第四數（9）=28；第二步：28×10=280；第三步：第二數（9）×第四數（9）=81；第四步：280+81=361。
由數學衍生的幾何學是物理學的最初基礎學。可以說，工業之母是機械，機械之母是物理，物理之母是幾何，幾何之母是數學，數學之母是數字。柏拉圖學園門口曾掛著“不懂幾何者不得入內”，當時的幾何指的就是數學。公元前6世紀，古希臘數學家曾借助太陽光線，用一根木棒測出了胡夫金字塔的高度，轟動了整個古埃及。
著名的摩西密碼發明于1837年，使電報成為了人類最早的數字化通訊方式。電報技術傳到中國初期，一字一價，十分昂貴，于是就催生了西方通訊技術在中國的第一個“國產化”項目。國人用地支代替月份，用《平水韻》的韻目代替日期，以字代數，達到了省字省錢的目的。因此，在中國近代歷史上就有了“馬日事變”、張學良“巧電”、汪精衛“艷電”等“奇怪”的詞條。在現代通訊的今天，數學已穿透幾何學、物理學、機械學、文字學，直接成為第四次工業革命的主力了。人工智能技術，本質上就是數學，而數字化、數字貨幣等更是人類最前沿的經濟技術話題。
數學追求抽象美和終極真理，指向是現象背后的客觀規律，它是抽象嚴密的邏輯學基礎。“天道幾何，萬品流形先自守；變分無限，孤心測度有同倫”。數學的密碼，不局限于勾股玄定理中的“勾三股四弦五”或九宮格中的“15條”，也蘊藏在每個人的生命中。每個人的健康都分三個方面，一是心理健康，二是身體健康，三是知識健康。心理健康看家風，身體健康看自律，知識健康看基礎。知識的基礎是語數外，數學是人類知識健康的基礎要素。學數學的人，都有很好的邏輯思維能力。數學不止于在藝術與科技中的基礎作用，在經濟學、生物學和醫學中也有很重要的“穿透”作用。因此，很多諾貝爾經濟學獎得主都是學數學出身。
同樣，每個人的生命中都有自己的數字密碼。我的生日是1966年農歷八月二十七日，當時在農村普遍不知道公歷為何物。農歷八月二十七日是民間紀念孔子誕辰日，因此，我的生日曾備受村里老人們的重視。1983年，17歲的我報考大學時，學校要求統一填寫公歷生日，當時并無農歷與公歷的對照表，于是就隨手填了1966年公歷10月3日生。巧合的是，1983年農歷八月二十七日就是公歷10月3日。之后，這個日期每19年重疊一次，分別是我36歲時的2002年和55歲時的2021年。今天是我的第三個生命重疊日，下一個重疊日需要等兩個19年，即2059年10月3日，到那時我93歲，但愿還活著。
其實，“19”這個數字是深藏天文奧秘的。“19年共閏7個月”，將我國的農歷撮合成了陰陽合歷。陰歷對應月相變化周期的29.53天，平年12個月，6個大月各30天，6個小月各29天，一年共354天。但以太陽年為單位的陽歷，四季循環的周期約為365?天，《尚書·堯典》云：“期三百有六旬有六日”。因此，必須閏月才能“陰陽平衡”。《左傳·文公六年》云：“閏以正時，時以作事，事以厚生，生民之道于是乎在矣”。古人經多年實踐發現，三年一閏不夠，五年兩閏又多，十九年共閏七個月，正好“陰陽平衡”。因此，“19”這個數字就成了我國古代歷法的基礎“輪回”單元。即十九年為一章，四章為一蔀（bù）（76年），二十蔀為一紀（1520年），三紀為一元（4560年）。
圖三：二十八星宿圖
1983年，國家改革開放如火如荼，我的大學之夢已經草成；一章后的2002年，國家已走向世界，我的第二次創業已經草成；兩章后的2021年，國家進入新時代，我的第四次創業已經草成。我希望到四章后的2059年，能親眼看到中華民族的偉大復興。
二、藝術是萬物之美
相對于數學和科技，我對藝術的理解是膚淺的。但我知道，藝術之美中深藏著數學之源和科技之力，可以從以下三個方面展開一下。
一是人類勞動與交流催生了歌舞，歌舞催生了音樂和舞臺劇。當這個藝術鏈條遇到因科技而生的電影和電視時，就催生了巨大的現代文藝產業。至于數字在藝術中的應用，最基礎的代表是音符，目前最先進的就是影像傳播的數字化手段了。
音樂美中也有數學美。比如二弦琴的音程比越簡單，和音就越和諧，2:1對應八度音，3:2對應五度音，4:3對應四度音，9:8對應二度音。反之，比例越復雜，音樂越刺耳。正如愛因斯坦所說：“美在本質上終究是簡單性。”當音樂反映為數學的簡潔性時，它往往給人以美感，給人以純粹的感覺。
二是人類原始的圖文催生了美術，美術催生了工業造型，借助數學與科技的力量，美術往往能催生偉大的藝術作品。傳世名畫中，不僅要體現黃金分割比例，還要體現斐波納契數列（從第三數開始，每一數都是前兩數之和），比如達芬奇的《最后的晚餐》和《蒙娜麗莎》。
圖四：蒙娜麗莎
經典建筑都是藝術品，最能體現數學美，常見的是黃金分割。而對稱性是數學美的一個基本內容，中國建筑藝術很好地應用了數學的對稱性，比如北京的故宮建筑群。
比例精準且曾是世界最高建筑的胡夫金字塔，包含了很多數學原理，西方研究者有不少驚人的發現，比如：金字塔四壁三角形的面積等于塔高的平方；塔底周長（230.26米×4）除以2倍塔高（未塌落時的146.591米）大約等于圓周率（3.1415）；塔高乘以10億等于地球與太陽之間的距離；地球子午線正好從塔的中心穿過等等。
龐加萊圓盤模型是雙曲幾何的四種常見模型之一，如下圖示：有無數條線通過一個給定的點且平行于一條給定的線。著名網紅圖書館天津的“濱海之眼”的設計靈感顯然源于龐加萊圓盤模型。
圖五：龐加萊圓盤模型
圖六：天津“濱海之眼”
同樣，日本著名建筑大師安藤忠雄操刀設計的和美術館，其雙螺旋樓梯的設計靈感顯然來源于數學上的雅各布線。
圖七：雅各布線
圖八：和美術館雙螺旋樓梯
三是從人類早期的生活工具陶器到人類的現代工藝品瓷器。
陶器的燒結溫度在900℃左右，因此，陶器是人類從舊石器時代發展到新石器時代的標志之一。陶器也曾作為人類的生產工具，公元前8000年左右，人們便開始用陶籌作為計數器。當牧主把羊群交給牧羊人放牧時，雙方按照羊的數量，把對應數量的陶籌密封在一個泥球里，之后雙方畫押為證。待牧羊人回來交差時，雙方砸碎泥球，核對羊的數量是否一致。這一計數方法曾被古人延用了5000多年。
瓷器的燒結溫度在1200℃-1300℃左右，中國的“原始瓷器”出現在商代。宋代時，名瓷名窯已遍及中國。到了元代，青花瓷在世界上登峰造極了。因此，隨著中外交往，瓷器與中國，用同一個英文單詞（china）表達了。
我參觀過很多世界著名博物館，有兩個博物館印象特別。一個是埃及博物館，基本都是遠古棺槨和木乃伊；另一個是奧地利夏宮博物館，其中的一間皇宮臥室，全部用中國的青花瓷盤吊掛裝飾，可見瓷器在西方的珍貴性。
藝術呈現了萬物之美。瓷器藝術品很多由工匠手作，瓷器從生活用品到成為藝術品，也體現了藝術的發展與變遷。一流的藝術品往往源于一流的藝術家。經驗表明，一流的藝術家都是天生的、專業的、敬業的，甚至多數不是大學培養的。
圖九：雕塑家李偉作品《行者》
三、科技是萬物之力
科技是科學與技術的簡稱，原指近代西方的科學技術，源于18世紀以蒸汽機為代表的第一次工業革命，19世紀以電氣化為代表的第二次工業革命，以及20世紀以電子計算機為代表的第三次工業革命。
古希臘文明是歐洲文明的重要源頭。古希臘人認為：直覺和經驗不一定靠譜，推理證明才是最可靠的。因此，科技可以引申為“科學地實現”。西方近代“科學地實現”，應歸功于歐洲的文藝復興運動，一舉把人從神的桎梏中解放了出來。科技來之十分不易，科技與數學、哲學、宗教、經濟、藝術五個維度關系復雜且相互影響重大。
圖十：古希臘三賢像
第一，數學是科技的源頭與基礎。文藝復興之前，古希臘“幾何之父”歐幾里得已經著作了《幾何原本》，“力學之父”阿基米德已經奠基了數學微積分。同時，中國數學家兼天文學家祖沖之也已經發現了圓周率。文藝復興之后，西方誕生了“數學王子”高斯，物理學家兼數學家牛頓，哲學家、數學家兼物理學家笛卡爾等。同時也誕生了康德、黑格爾、叔本華、尼采、費爾巴哈等偉大的哲學家。在這種背景下，又誕生了哥白尼、伽利略、牛頓、富蘭克林、安培、達爾文、諾貝爾、門捷列夫、倫琴、摩爾根、愛因斯坦等一大批偉大的科學家和亞當·斯密、大衛·李嘉圖、馬克思、凱恩斯、赫伯特·西蒙、熊彼特等著名的經濟學家，從而相繼發生了三次工業革命。
值得強調的是，科學與技術有著本質的區別。例如黑火藥，中國很早就掌握了“一硝二硫三木炭”的配方之術，但并未掌握其中的化學原理；而立足于化學原理研究出了黃火藥，其威力是黑火藥的幾十倍甚至幾百倍。又例如一公斤鮮牛奶大約含540卡路里熱量，這大約相當于成年人慢跑十公里所消耗的熱量，科學要求按照這個標準飲用并控制體重，而在技術上，每個人多是按照自己胃的感受喝多喝少。
第二，哲學是科技的土壤。古代中國并非無科技，道家很早就研究長生不老的“煉丹術”因而發明了火藥，農家在北魏時期集成了《齊民要術》，陰陽家則在陰陽五行學說的基礎上發明了指南針等。但是，中國古代哲學多是探究“形而上”的學問，“形而上”誘導“形而下”。比如《莊子》就認為：“天下之治方術者多矣，皆以其有為不可加矣”，并認為“道術將為天下裂”。
一方面，中國古代哲學由于向內追求，以達到人性的完滿為目的，所以易生“道”；而西方哲學則向外探尋，以認識自然、征服外在世界為最終目的，所以易生“術”。另一方面，中國古代哲學家幾千年來多用“負的方法”思考世界，“負的方法”不說哲學的對象是什么；而西方哲學家則多是用“正的方法”思考世界，“正的方法”則說哲學的對象是什么。因此，文藝復興之后，西方牢牢掌握了人類現代科技的主導權。
正是中西哲學的不同理想和追求，造成了中西文化的差異，并導致中國近代科技的落后。直到新中國成立后，特別是鄧小平提出“科學技術是第一生產力”之后，我國的現代科技才逐步追趕西方。
第三，宗教曾是科技的魔頭。一種哲學，加上教條、教規、迷信、儀式和組織等，就構成了一種宗教。《老子》曰：“為學日益，為道日損。”哲學給人以哲理，是形而上的概念，而宗教卻要給人以具體的信息，這本是科學的職責。因此，科學在剛剛誕生時，就和宗教格格不入。在科學面前，宗教的權威降低了，科學前進一步，宗教就后退一步，但科學的前進卻付出了血和火的代價。文藝復興前后的幾百年，被宗教殘害的科學人士成千上萬。1600年被教廷燒死在羅馬鮮花廣場的布魯諾只是其中之一，當然，布魯諾的死，更多的原因在于宗教和信仰。為了推翻亞里士多德的地心說，伽利略力挺哥白尼，最后被教廷軟禁到死。哥白尼和伽利略都是基于數學家的天文學家，而早在公元415年，世界第一位女數學家希帕蒂婭，就被認為是異教徒，慘死在暴徒手下。直到牛頓發現了萬有引力定律，宗教才與科學互分經緯，握手言和。
第四，科技是經濟的筋骨。英國學者李約瑟說：“科學是認識和理解宇宙的唯一有效途徑，將科學用于掠奪性技術從而增加個人財富是天經地義的。”在過去的250年歷史中，人類創造了歷史上大約97%的財富，其中大功歸于科技。因此，科技對經濟的影響是十分巨大的。
公元541年后，中國經濟總量曾長期超越西方，大約有三個原因。一是當時西方的中心羅馬帝國已經式微，而中國北魏的孝文帝已經遷都洛陽并漢化改革成功。二是西晉“永嘉之亂”后，中原人“衣冠南渡”，“陳林鄭黃詹邱何胡”八姓入閩，并已開疆拓荒二百多年。三是《齊民要術》也將近集為大成，極大地促進了生產力發展。但到了文藝復興之后，西方經濟實力借科技之長迅速超過了中國。因此，歷史學家黃仁宇說：中國歷史上有兩大問題，一是缺少“數目字管理”，二是以道德代替法律。
慶幸的是，今天的中國，互聯網與數字經濟已經得到空前的發展。當前，數學中的素數理論已被用于信息安全技術，有無窮多個素數是現代信息安全技術的基礎。著名的哥德巴赫猜想是：任何一個大于2的偶數都可以寫成兩個素數之和，至今最好的結果是1966年陳景潤證明的。因此，中國數學趕超西方，推動中國科技趕超西方，最終推動中國經濟趕超西方。
圖十一：祖沖之簡介
第五，科技與藝術恰如一對戀人。戀人雙方都夢想郎才女貌、身魂合一。因此，所有科技類產品都追求一個好造型，正所謂“顏值是生產力，科技是競爭力”。其實，作為一個汽車“老人”，歷數自己幾十款的汽車造型，卻很少有“身魂合一”的得意之作。原因在于，每一款汽車的造型都是對標當年的時尚，迎合四年后的潮流。這其實就是一個數學謬誤，即假定對方當前的增長率，虛定自己未來的增長率，企圖在四年后超越對方，這在邏輯上就是兩個不確定性。因此，汽車造型長期保持自己的風格和DNA非常重要。
圖十二：海馬7X
我的老朋友小李斯特是奧地利AVL公司的董事長，他的爺爺老李斯特曾在1930年左右任職上海同濟大學教授，并于1948年創辦了世界三大發動機研發公司之一AVL。小李斯特家族是科技與藝術的典型結合體。一方面，作為發動機世家，創辦了世界著名的發動機研究中心；另一方面，作為鋼琴世家，又創辦了歐洲一流的鋼琴演奏廳。但兩者的目的是一致的，那就是如何讓發動機發出鋼琴般的聲音。正所謂，物體相碰產生的波為“聲”；悅耳之聲為“音”；使人積極向上之音為“樂”；樂之靈魂為“韻”。從聲到韻，完成了從物理到藝術的升華。物理和藝術的根源都是數學，AVL體現了數學、藝術與科技的完美結合。
圖十三：作者與小李斯特先生（右）
謹以此文祝賀中國第一個被動式美術館落成，并以此文紀念浮生五十五周歲生日！
作者 景柱
