管晓宏院士：用一场场音乐会打破文理间无形的壁垒

“不会吹长笛的教授不是好院士”——这句在西安交通大学流传的“网络梗”，是青年师生对中国科学院院士、西安交通大学电子与信息学部教授管晓宏最亲切的“调侃”。

这位中国科学院院士不仅以系统工程领域的科研成就闻名，更以长笛演奏者的身份，用一场场“ 艺术与科学的交汇 ”音乐会，打破了文理之间的无形壁垒。

近日，《中国青年报》“致敬共和国的科学家们”报道了中国科学院院士、西安交通大学电子与信息学部教授管晓宏，让我们一起走进管晓宏院士十余年来的探索。

▲“艺术与科学的交汇”音乐会

从2012年至今，这个由管晓宏策划、撰稿、解说并参与演奏的“艺术与科学的交汇”系列音乐会，已发展出中英文两种语言和面向不同受众的多个版本，在清华大学、上海交通大学、同济大学、西安交通大学、北京交通大学、香港理工大学等高校以及全国科技工作者日、省市专场、中小学专场等演出20余场，线上线下观众超过了3300万人次。

在 管晓宏 看来，艺术与科学的交汇从来不是“表面噱头”，而是培养创新思维、实现人的全面发展的重要路径。

“艺术和科学，两样都不能放弃”

在那个特殊的年代，管晓宏只上了4年小学和一年半的初中。不到15岁的他，成为一名民工，后来干过木工、钳工、车工，多项技艺傍身。偶然参加的一次联欢活动，幼时学过的竹笛才能被挖掘出来，管晓宏被调到了文工团。

各地演出的经历让管晓宏深入体会到了艺术的感染力。与此同时，管晓宏对知识的渴望从未熄灭。管晓宏向周围人借来初中、高中的数理化课本，“一本一本地自学，把里面的每一道习题都啃透”，甚至还自学了大学的微积分、理论力学、电工学等课程知识。

“那时候根本没想过艺术和科学会有什么关联，只是觉得两样都不能放弃。”管晓宏笑着说，当时如果有条件学长笛，或许会走上音乐道路。只可惜，与“几块钱一个”的竹笛相比，长笛在那个年代的价格比得上一辆加重自行车，相当于如今的豪华轿车。

▲管晓宏在 清华大学 求学时的留影

1977年恢复高考，管晓宏凭借扎实的自学功底考入清华大学。求学和科研期间的管晓宏一心一意“只顾着学习”，很少涉足艺术。真正启发管晓宏将艺术与科学联系起来的，是 钱学森 先生的倡导。

20世纪90年代，钱学森先生出版了《科学的艺术与艺术的科学》一书。书中系统论述了科学与艺术的辩证统一关系，倡导科技工作者需具备艺术素养以激发形象思维，艺术创作者也应掌握科学知识以建立系统认知框架。

钱学森先生也曾多次提及他的夫人、著名女高音歌唱家、声乐教育家 蒋英 教授的音乐和艺术思维对自己的影响。

这使得管晓宏开始思考如何进一步深化艺术与科学的交汇。

艺术与科学并非水火不相容的两极

在管晓宏看来，艺术是非常“残酷”的，“有些形式的艺术只能表演一遍”，没有机会重复。求新求异永远是艺术创作者的追求，在否定的过程中获得新的灵感。

“理工科教育注重逻辑思维训练，这是创新的基础，但仅有这些远远不够。”管晓宏告诉中青报·中青网记者，科学发现和技术发明需要灵感、顿悟和想象，这些都是艺术学科所追求的，“而我们理工科的人才培养体系里恰恰缺少这样的训练”。

顺着这个思路，管晓宏想到，为何不打造一场兼具艺术审美与科学探索的特殊音乐会？2012年，管晓宏与西安音乐学院艺术学科和专业乐团联合打造的第一场“艺术与科学的交汇”音乐会上演。在音乐会开始前，管晓宏尝试通过一段讲解向观众传达钱学森的观点和音乐会的主题，“但当时还不太成熟，只讲一段话给观众还是显得有些牵强，没有真正实现结合”。

▲管晓宏在音乐会上演奏

于是，管晓宏和团队开始研究音乐旋律与科学规律的内在关联。“音乐旋律的变化服从自然界普遍存在的 幂律关系 。”管晓宏解释称，在音乐旋律中，一个音符后面接的下一个音符服从一定的统计规律，且这种“数学统计特性”贯穿了人类从古典音乐到现代流行音乐作品。

“历史上很多风格截然不同的作曲家，他们并没有严格追求数学上的统计规律，但创作出来的旋律却都符合这一规律。”管晓宏补充道，人类大脑上百万年的发展，使其天然能够欣赏符合这种规律的音乐，这也解释了为什么未经音乐训练的人也能感受旋律之美。

▲“艺术与科学的交汇”音乐会

如今，“艺术与科学的交汇”音乐会已形成成熟的体系，管晓宏也在探索中坚定了信念：艺术与科学并非水火不相容的两极，而是有具体内涵、可实践、可研究的领域。

目前，管晓宏团队还承担了国家自然科学基金专项项目“ 音乐智能量化 和脑科学认知研究”，发展大跨度学科交叉的理论和方法，研究音乐智能量化和脑科学感知的关联模型。

在人才培养的方向上，

美与逻辑从不对立

为了让音乐会的形式覆盖更广的受众面，管晓宏针对不同年龄段的受众打造了不同风格的音乐会。他举例称，“小学版”的音乐会充满趣味互动，考虑到小学生的数学知识水平主要掌握在分数计算阶段，管晓宏团队从音乐的 纯律理论 入手，设计分数运算题，让孩子们当场解题，计算出接下来要演奏乐曲首句的音高。

“学生在台上用已学知识算出一段旋律每个音符的音高，紧接着乐团奏响孩子们熟悉的动画片配乐《人生的旋转木马》，小学生们都觉得特别神奇。”管晓宏注意到，有家长在音乐会结束后还跟孩子说，“你看，学数学是不是很有趣、很重要？”

▲管晓宏在音乐会上作讲解

面向中学生的音乐会则融入了数学物理实验。用信号处理和人工智能的方法在现场测量音频信号的频率，确定乐手演奏的音准，看误差是否在听觉不可分辨的“±0.3%范围内”。“音高的本质是振动的频率，音乐律制背后是物理声学原理，这些平时不被注意的问题，在音乐会上都有了答案。”管晓宏介绍，这种形式让中学生直观感受到“ 文理不分家 ”。

在管晓宏看来，艺术与科学的交汇，核心价值仍然要回归人才培养，回归艺术思维启发科学想象力和科技创新的初心。“现在很多家长让孩子学艺术，是为了特长加分，难免有些功利。”他坦言，艺术的影响是潜移默化的，不能指望孩子“学了音乐就能立刻提高数学成绩”。

值得一提的是，管晓宏还是中央音乐学院音乐人工智能与音乐信息科技系的团队成员，在中央音乐学院指导博士生。他经常鼓励音乐专业的学生学高等数学。“但很多艺术生告诉我，当初自己学音乐就是为了‘摆脱数学’。”管晓宏笑着说，“数学训练能够提升逻辑思维的能力，从而让艺术创作更有深度。”

“这就像我们上大学学微积分，尽管未来从事的工作中可能根本用不到求导数，但数学思维的训练会受益终身。”管晓宏表示，艺术教育也是如此，它能开阔思维、启迪灵感，让人在解决问题时更有创造性。

▲管晓宏在课堂上

2022年，管晓宏在西安交通大学开设了与音乐会同名的通识课。该课程和相关的人才培养举措，获得了2023年陕西省高等教育教学成果特等奖。在他看来，培养学生的艺术审美、表达与交流能力，是人文教育的重要部分，这对理工科学生也一样。“学科不应该被人为划分得那么清楚，以前的达·芬奇既是艺术家也是科学家，是工业革命后的社会分工让两者渐行渐远，但本质上它们是相通的。”

身处人工智能的风口，管晓宏也清晰地看到了人工智能对当下音乐创作市场的冲击，许多作曲家的“饭碗”正在被人工智能抢走。

不过，就像艺术本身不断刺激创作者的灵感一样，人工智能的出现也带来了新的机遇。管晓宏表示，中央音乐学院的艺术家们正在和许多科学家一起，探索使用人工智能在音乐领域创作出新的艺术表达，实现科学技术和艺术的 双向赋能 。

▲管晓宏与学生在课后合影

管晓宏用十余年的探索证明：在人才培养的方向上，美与逻辑、感性与理性，从来都不是对立的，正如那些跳跃的音符与严谨的公式，它们共同构成了人类认知世界、创造未来的完整乐谱。

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