数学的实践与认识

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从毕达哥拉斯到勋伯格,看尽音乐与数学的爱恨

来源:数学的实践与认识 【在线投稿】 栏目:综合新闻 时间:2021-03-04

伟大的作曲家伊戈尔·斯特拉文斯基(Igor Stravinsky)曾经说过:“音乐这种形式和数学较为接近——也许不是和数学本身相关,但肯定与数学思维和关系式有关。”

的确,许多作家对数学与音乐之间的密切关系都曾加以评论。他们指出,很多科学家都喜欢聆听音乐,甚至亲自演奏乐器;每论及此,阿尔伯特·爱因斯坦(AlbertEinstein)和他那把标志性的小提琴就会浮现在我们的脑海中。

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对此,阿里·马奥尔持保留意见。在他看来,音乐对数学造成的影响,不亚于数学对音乐的影响:

这一说法可能是正确的,但是在过去,这两个领域之间的关系从未真正保持对称。例如,数学和音乐都采用某种行之有效的符号系统——一组书面符号,业内人士均能精确地领悟和把握。

数学和音乐也共享不少术语。以“调和”(harmonic)一词为例,它作为形容词时,意思是“悦耳的”;如果作为名词,指的则是所有乐器合奏时所形成的一系列高亢的泛音。

过去的 250 年间,音乐一直是数学家的灵感源泉,他们在这眼泉水里总能找到非常特别的问题,让自己的头脑保持工作状态。其中,最著名的可能就是“振动弦”(vibrating string)的问题。18世纪,这个问题成为某些最伟大的数学家之间相互对垒的议题,而与此相关的争论持续了 50 多年,最终导致了后微积分时代的数学发展。

但是,数学是否对音乐也产生了同样的影响呢?显而易见,数学对音乐的技术层面有更多的发言权,例如对乐器的音调,或者如何设计音乐厅使其实现最完美的声响效果等。

然而,对作为艺术的音乐而言,除了一些特例,数学产生的影响相当有限;这两个学科都各自遵循着自身的发展规律。

这种认为两者相互独立的典型观点,可以参考莱昂哈德·欧拉(Leonhard Euler)关于音乐理论的诸多论述,尽管有人指出,“对音乐家来说,它包含的几何知识过于庞杂,而在几何学家看来,它囊括的音乐知识又太过繁复”。

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我在一个热爱欧洲文化——文学、艺术和音乐的家庭中长大。我的父母都没有受过音乐训练,使我对科学和音乐保持终生热爱的实际上是我的外祖父。

我有一张他的照片,当时我大约五岁,照片中他正为我演奏小提琴。在这张由我母亲拍摄的照片背面,她写上了那首外祖父为我演奏的歌曲的名字——《可爱的月亮,你走得如此安详》(Guter Mond, du gehst so stille),这是一首传统的德国摇篮曲。那成为我人生中的第一场现场演出,时至今日,往昔的情景依旧历历在目。直到有一天,外祖父告诉我说他必须和小提琴说再见了——他迫切地需要钱。顷刻,我泪流满面。

另外,我还有一本外祖父在中学学习时用过的物理书。他肯定非常认真地研读过这本书,因为几乎每一页都有他手写的注释。我们会一起坐上好几个小时,他向我解释各种各样的东西,这是我接受的最早的科学启蒙。我至今还保存着这本书,并视若珍宝。

(《物理学基础》(Grundrifs der Physik)的扉页和首页)

20世纪40年代,战争的阴云笼罩着世界,但我的父母仍偶尔在位于特拉维夫的家中播放古典音乐来款待客人。他们用一个机械转盘,也就是留声机,来播放黑胶唱片,录音规格为78转/分。我是多么喜欢这些时光啊!

留声机必须使用一个较大的曲柄,也就是通常所说的“曼努埃拉”(manuela),需要用手将它摇上一阵,才能让留声机转上大约10分钟,这点时间刚好够播完唱片的两个面。如果你没有及时上足发条,转盘就会慢下来,而音乐的节奏随之减缓,音高降低。

一首时长40分钟的贝多芬的交响曲需要五六张此类唱片,它们一般被存放在一本看上去像老式相册(album)的夹子里(现在常用来指代歌曲专辑的“album”一词可能就来源于这种老式唱片册)。每本唱片册都像上千页的微积分教科书那么重!切记,切记!千万不要让哪张唱片从夹子里滑出来,它会在地板上跌成碎片。

但是,播放唱片时,唱针才是最需要关注的。每播放十几个小时,就应该更换一下唱针,否则它会变钝,并损伤唱片的音槽。唱针由铬制成,而在战争期间,铬的供应受到严格限制。不过好在很快,替代品——木制唱针就出现了!不消说(此处不含有任何双关意义),木制唱针播放出来的声音异常沙哑,但正是这种声音带给我古典音乐的启蒙。