物理学之美

物理学之美
作者：赵月
来源：《文理导航·教育研究与实践》 2015年第1期
辽宁省盘锦市实验中学赵月
物理学中的美是自然科学领域中的科学美，是事物以其内在结构的和谐，具有理性美，用的是逻辑和数学的语言，研究、挖掘物理学中的科学美，在物理教学中重视审美教育，应成为物理教育改革的当议之题。

一、物理学发展过程中的精神美
在物理学的发展过程中，物理学家在探究物理学规律的艰辛旅程中，一方面总是伴随着对美的热烈追求，另一方面表现出他们精神上的种种美德。

这些可以启迪学生的智慧，引发学习的兴趣，激励成功的意志。

哥白尼与托勒密地心说的决裂，就是有其追求美的因素，他深信完美的理论在数学上应该是“和谐与简单”的。

因此，在极端困难的条件下，哥白尼苦心孤诣，研究了三十年，终于建立了不朽的日心说。

后来，开普勒深切地感受到日心说的美，毅然地抛弃了从他的老师第谷那儿接受的地心说观点，他说：“我从灵魂的最深处证明它是真实的，我以难以想像的心情去欣赏它的美。

”
电磁学的发展在很大程度上得益于对称美的启示，法拉第深信电与磁是对称的，他认定既然电能生磁，那么磁也能生电，他坚持奋斗十年，发现了电磁感应现象，同样，麦克斯韦的位移电流假设，除了逻辑思维上的原因外，确信物理规律具有对称、和谐统一的美的形式，也是一个不可忽视的重要原因。

爱因斯坦所建立的广义相对论，被朗道和玻恩称赞为可能是一切物理理论中最美的一个，“是一种伟大的艺术作品”。

爱因斯坦本人也把科学研究中的审美感受称之为“思想领域最高的音乐神韵”、“一种壮丽的感觉”。

美国著名物理学家韦尔在谈到自己时说：“我的工作总是力图把真和美统一起来。

但当我必须从两者中挑选一个时，我总是选择美。

”
物理学家在探求物理学发展过程中表现出的人生美德更感人至深。

面对罗马教廷的熊熊烈火，布鲁诺用响彻环宇的“火并不能把我征服”的宣言，宣告了神学的毁灭、真理的永存，其捍卫真理的英名和美德，完世留芳。

富兰克林为证明雷电和普通静电的一致，冒着生命危险做了用风筝“引”下雷电的著名的费城实验；而利赫曼则因同一目的惨遭雷击而死，这些都是一种献身的美。

又如，伟大的物理学巨匠牛顿，虽然构建了经典物理学的宏伟大厦，但他却是那样天真的向世人宣告“我有幸捡到美丽的贝壳，是因为我站在巨人们的肩膀上”，表现了他谦逊的美。

二、物理学知识体系中的形式美
物理学教育中更多的美学因素存在于物理学本身的知识体系之中，物理学反映的是科学的真，科学的真又表现着科学的美，物理学研究的对象是自然界的运动变化规律，因而物理知识首先体现出与之相对应的自然美，如力学中的回声、共鸣、天体运行规律、波的图像；热学中的晶体的多样化，水在不同温度下呈现出的水蒸气、水纹、雪花、冰块；光学中的光的色散、干涉和衍射图样、海市蜃楼、日食和月食等等无不体现了物理学的自然美，给人以美的享受。

由于大自然的美妙神奇和物理学家对美的不懈追求，物理知识体系中充满了形式美的因素，不胜枚举，随处可见，现就其主要形式叙述如下：
1.简洁美
简洁，给人以简单、明了、深远、有序的美感，现代审美论认为：那些在特定条件下，刺激物被组织的最好、最规则和具有最大限度的简单明了的“形”，会给人以相当愉悦的感受。

物理学的美，最典型、最精粹之处，就是这种“简单明了”的简洁美，例如：牛顿第一运动定律，又称惯性定律、惰性定律，它科学地阐明了力和惯性这两个物理概念，正确地解释了力和运动状态的关系，并提出了一切物体都具有保持其运动状态不变的属性——惯性，用精炼的语言，揭示了奥妙无比的自然规律，所表现的简洁美令人叹为观止。

2.和谐美
作为物理学研究对象的客观物质世界是和谐的“宇宙”一词本身就意味着有序与和谐，序是表现物质结构的概念，有序表现这种结构方式是有序、有规则的，在物质世界中存在各种有序状态，在微观领域中，原子世界是一个有序和谐的世界，核外电子绕核运动，分子间存在相互作用力；在宏观领域，比如晶体是一种典型的有序的和谐结构，这种由若干平面围成的多面体具有规则的外形，其各个几何平面之间的夹角固定不变；在宇宙领域，各种天体尽管进行着复杂的运动，但在一般情况下各种星体的运行轨道又是有规则的，如月球一边自传，一边还绕地球公转，旋转的速度和轨道几乎没有差错，宇宙太空各天体的运行配合得如此默契和谐，像是在合奏一首雄伟壮丽的交响乐。

3.对称美
对称性是指整体各部分之间的相称或对应，如空间上的和谐布局，时间上的节奏协和，对称之所以让人产生美感，是因为对称中存在着某种“重复”、“均衡”、“有序”的东西。

由于物理学揭示了自然界物质的存在、构成、运动及其转化等规律的对称性而产生的美感，称为物理学的对称美。

比如引力和斥力，“电生磁”与“磁生电”等等。

4.多样统一美
“多样”是指整体包含的各个部分在形式上相互区别的差异，体现了各个事物个性的千姿百态和丰富变化；“统一”是指整体中所包含的各个部分在形式上的某种共同特征，以及它们之间的互相呼应和衬托关系，体现了各个事物共同和整体联系，如果只有统一，世界是单调乏味、呆板机械的世界；而只有多样，世界是杂乱无章、纷繁散漫的世界。

因此，只有把统一与多样综合起来考虑，既要在多样中见统一，又要在统一中见多样，使人感到即丰富又单纯，即活泼又有秩序的和谐统一美。

三、物理教学活动中的意境美
教学过程不仅是一个知识性活动过程，同时也是一个情感性活动过程。

教学不仅是一门学科，而且是一门艺术。

成功的教学，本身就是一种艺术的创造。

如果掌握了这种艺术，创造出教学活动中的意境美，就可以使物理课堂满堂生辉，给学生以激情和美的享受，从而激起他们高涨的学习情绪。

对教学工作产生极大的乐趣和热情，把自己的全部精力投入进去，深入细致钻研教材，认真研究教法，掌握教学规律，努力挖掘教材所包含的理性之美。

精心设计教学过程，使学生也充分感受到美之所在。

在课堂上当自己被教学活动中的意境美所陶醉时，学生的情绪也会被感染，这样美感与理智互相渗透融合在一起而产生“谐振”时，教学就能产生最佳效果。

总之，美在我们物理教育的方方面面中充满的美学因素，发现、体验、并运用这些美学因素对于提高我们的教学质量、深化素质教育都有积极而深远的意义。