谈物理学的统一美

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《美与物理学》观后感

杨振宁博士是大家熟知的诺贝尔奖金获得者，举世闻名的物理学家。

近三百年来，物理学上留下九个划时代的里程碑般的方程式，涉及十二位科学家。

这十二位科学家至今还健在的就是杨振宁和他的学生密尔斯，而划时代的九个物理方程式中的第九个就是杨振宁和密尔斯的共同场。

如果再考虑杨振宁还有获得诺贝尔奖金的宇宙不守恒定律，那么杨振宁理所当然是当代物理学的泰斗了。

然而，这只是一面，许多人并不知道杨振宁对音乐、诗歌、绘画等艺术方面也有极高的造诣。

这篇妙笔生花的《美与物理学》，虽然是管中窥豹，但确实可以让我们领略他在人文素质方面的风采。

本世纪初，是物理学界人才荟萃，群英辈出的年代，是一个窥视宇宙奥秘翻天覆地的创新年代。

不仅涌现一批著名的物理学家，而且都有鲜明的个性与风格，比如狄拉克。

杨振宁博士一直想把他的风格写给文、史、艺术方面的朋友们看，但不知如何下笔。

一次偶然看到香港大众报上的一篇文章，其中引用了高适《答侯少府》的两句诗：“性灵出万象，风骨超常伦”，觉得非常高兴，认为用这两句话来描述狄拉克方程和反粒子理论再合适不过了，于是写了这篇文章。

他在这篇文章中指出，每个科学家的研究都是有风格的，正如一位音乐家听到几个音节后，就能辨认出莫扎特、贝多芬或舒伯特的音乐。

同样，一位数学家或物理学家也能在读了数页文字后辨认出柯西、高斯、雅可比或克尔期豪夫的工作。

这是因为，他以物理学为例，物理学的原理有它的结构。

这个结构有它的美和妙的地方。

而各个物理学工作者，对于这个结构不同的美和妙的地方，有不同的感觉。

所以，他会形成自己的风格。

从这个观点出发，他认为狄拉克的文章有一种“秋水文章不染尘”的清新，有一种充满数学的简洁美和逻辑美，“独抒性灵，不拘格套”是他的风格。

而海森伯的文章有惊人的独创性，但朦胧有渣滓。

因为狄拉克的灵感来自对数学美的直觉欣赏，而海森伯的灵感来自实验物理和唯象物理。

他认为牛顿的运动方程、麦克斯韦方程、爱因斯坦狭义与广义相对论方程、狄拉克方程、海森伯方程和其他五、六个方程是物理学理论架构的骨干，可以说它们是造物者的诗篇。

物理之美

物理之美教学目标：让学生掌握学习物理的方法教学难点：物理比较抽象，学生难理解教学过程：一，物理之美谈到美，联想到自然美和艺术美，而对科学美，大多数人则不易感受到，这是因为科学美与艺术美是两种不同形式的美，从美学的角度来讲，一种是事物外在形式所呈现的美，如自然景色的美，音乐的美，雕塑的美，绘画的美，建筑物的美等。

另一种是事物内在结构的和谐而具有的美，这种美比较抽象，是要经过大脑整理、加工形成美的意识或美的观点，这是一种较高层次上的审美。

1,简洁美：物理美的简洁性并不是指物理内容本身简单，而是物理理论体系的结构和物理规律的数学表达形式简洁。

爱因斯坦的质能联系方程：E=mc2反映质量与能量之间的联系，指导人们认识核反应的规律，并为获得巨大能量提供了理论基础。

2,统一美：物理所研究的是从不同事物运动变化的多样性中找出它们的内在联系和共性，这也就是科学美中的统一美。

例如，描述宏观物体机械运动的概念、定理、定律是各种各样的，表面并不相关，牛顿力学却能把地上的和天上的所有物体的机械运动的规律都统一起来；麦克斯韦的电磁理论，又把表象完全不同的电、磁、光的运动统一了起来，所以牛顿力学理论和麦克斯韦的电磁理论都具有统一美。

3．艺术美：如果说艺术创造美，那么物理也在创造着艺术，它为艺术的创造提供必要的物质基础和一定的理论依据；各种乐器之所以具有不同的音色和韵律，其中物理学的贡献是很大的，尤其是电子乐器和各种音响设备的出现，更能体现这一点。

绘画艺术中色彩的搭配更是离不开物理：国外超现实主义画家利用物理学中光声规律创造艺术品；节日的联欢晚会上，五彩斑烂，变幻莫测场面，更是离不开光，这些都能给人以“艺术美”的享受。

二，物理是什么？物理难在何处？高中物理如何学？物理学是一门基础自然科学，它所研究的是物质的基本结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律以及所使用的实验手段和思维方法。

物理概念是从大量的物理现象和过程中抽象出来的,它更深刻地反映了事物的共同特征和本质属性,因此可以说,概念是浓缩了的知识点物理规律：物理规律反映的是物理概念之间的联系，从这个意义上来说，物理规律是压缩了的知识链。

物理学之科学美赏析

物理学之科学美赏析作者：马丽芹来源：《科技视界》2015年第35期【摘要】物理学家们在探索自然规律的同时，对美有着强烈追求。

本文对物理学中蕴含的科学美即简洁美、对称美、和谐美和统一美做了剖析。

物理学的建立过程也是物理学者追求科学美的过程，他们追求科学美的精神对物理学的发展起着重要的推动作用。

【关键词】物理学；简洁美；和谐美；对称美；统一美The Appreciating and Analysis of the Scientific Beauty in PhysicsMA Li-qin（College of Mathematics and Physics， Qingdao University of Science and Technology，Qingdao Shandong 266061， China ）【Abstract】The physicists have found out the scientific beauty strongly while they have explored the natural laws. The scientific beauty in physics theory was analyzed. The scientific beauty of physics comes down to the beauty of succinctness， symmetry， harmony and unity. The founding process of physics theory is that of scientific beauty was sought by physicists. The spirit that they seek the beauty has driving impellent roles in the physics development.【Key words】Physics； Scientific beauty； Succinct beauty； Symmetrical beauty；Harmonious beauty； Unified beauty物理学是一门揭示物质存在与运动规律的自然科学，物理学中不仅包含着辩证唯物主义的哲理，而且其理论体系中处处体现出科学美的意境。

浅议物理学中的“美”

浅议物理学中的“美”郑玉香【摘要】物理学中的美主要体现在精神美、简洁美、对称美、和谐美、统一美等方面,物理教学工作者要培养学生的审美能力,引导他们自觉地追求科学美。

【关键词】物理美;精神;简洁;对称;和谐;统一“生活中并不缺少美,而是缺少美的发现”,物理教学也是如此。

物理学中美的例证比比皆是,但物理学本身并不是美学,能否把摆在我们面前的物理教材从僵硬的铅字变成闪烁着美的光彩的画册,从抽象的概念、公式变成动人的诗篇,关键要靠教师从教学内容中挖掘出美的因素,并通过美的设计,在课堂教学中充分展示出物理学科的美学特征和美的意境,使学生潜移默化地受到美的熏陶和美的培养。

一、伟大科学家的精神之美在物理学发展过程中,物理学家在探索规律的艰辛旅程中,一方面伴随着对美的追求,另一方面表现出他们精神上的种种美德。

这些都是美学因素,物理学家对美的追求和他们的人生美德,可以启迪学生的智慧,引发学生的兴趣,激励成功的意志,养成他们良好品德。

哥白尼与托勒密“地心说”的决裂,就是他深信完美的理论在数学上应该是“和谐与简单”的。

托勒密为解释天文观测的结果,引入“均轮”“本轮”,使得天文理论又复杂又失真。

因此,在极其困难的情况下,哥白尼不畏艰难险阻,研究三十年,建立了“日心说”。

后来,开普勒深切感受到“日心说”的真,毅然抛弃“地心说”的观点。

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,那么磁也能省电。

他坚持奋斗十年,终于发现了电磁感应现象。

二、简洁之美在千姿百态的物理世界里,尽管各种现象千差万别,但在本质上都可归结为若干基本的物理规律,这就是物理学上的简洁之美。

例如:运动和力的关系,曾经困惑人类几千年,但一旦揭开其面纱,呈现出的关系“F=ma”却如此简单;爱因斯坦的质能方程E=mc2,形式十分简单,内容却极其丰富———用最精炼的语言、最少的符号,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;开普勒行星运动第三定律:R3PT2=常量,其形式如此简单,太阳系中所有行星的运动都符合这一规律,奇妙的“2”和“3”使一切井然有序,开普勒不愧为“天空立法者”的称号。

物理之美

四、对称美。
• 地磁场南北极
• 正电荷与负电荷
• 平面镜成像
• 二力平衡
• 光路可逆
五、守恒美。
• 质量守恒
• 动量守恒 • • 光速不变
六、有序美。
• 光色散
• 太阳系行星轨道
雪花
• 元素周期表
结束语
• 日升月沉，斗转星移，星河灿烂，天外有天，这是宇观世界之美； • 山川河流，沧海桑田，百草丰茂，燕舞莺歌，这是宏观世界之美； • 运动不止，瞬息万变，这是粒子世界之美。
物理之美
这个世界并不缺少美，而是缺少发现美的
燧人钻木取火
第一次工业革命（标志
是蒸汽机的发明
）
第三次科技革命以原子能、电子计算机和空间技术的广泛应用为主要标志，第二次工业革（标志：力的广泛应用即电气时代
物理学美在哪？
• • • • • • 一、多样性的统一美。二、简单美。三、和谐美。四、对称美。五、守恒美。六、有序美。
让我们用美的心灵、美的眼睛，去发现更美的物理世界！
一、多样性的统一美二、简单美。
• 牛顿方程：F=ma
• 爱因斯坦质能方程式E=mc^2
三、和谐美。
• 匀速运动 • 简谐振动
• 共振（音障是一种物理现象，
• • • • • 当物体（通常是航空器）的速度接近音速时，将会逐渐追上自己发出的声波。声波叠合累积的结果，会造成震波的产生，进而对飞行器的加速产生障碍，而这种因为音速造成提升速度的障碍称为音障。）

物理学之美

十大最美物理实验
• • • • • • • • • • 米歇尔· 傅科钟摆实验（排名第十）卢瑟福发现核子实验（排名第九）伽利略的加速度实验（排名第八）埃拉托色尼测量地球圆周长（排名第七）卡文迪许扭矩实验（排名第六）托马斯· 杨的光干涉实验（排名第五）牛顿的棱镜分解太阳光（排名第四）罗伯特· 米利肯的油滴实验（排名第三）伽利略的自由落体实验（排名第二）托马斯· 杨的双缝演示应用于电子干涉实验（排名第一）

物理学之现象美
物理学之现象美
物理学之实验美
物理学是实验科学，实验是物理学的基础。凡物理学的概念、规律及公式等都是以客观实验为基础的，即物理理论绝不能脱离物理实验结果的验证。此处所指的实验是近代科学实验，是有目的地去尝试实践，是对自然的积极探索。科学家提出某些假设或预见，为对其进行证明筹划适当的手段和方法，根据由此产生的现象来判断原设计假设或预见的真与否即为科学实验。从认识主体所起的作用来看，科学实验同被动的经验、单纯的观察之间有很大的不同。仅仅停留在观察试验上还不能称为科学实验和方法，还必须使观察试验和理论研究结合起来。可以说科学实验是人类文明发展的积极推动力之一
十大最美物理实验
10.米歇尔· 傅科钟摆实验
1851年法国科学家傅科在公众面前做了一个实验，用一根长220英尺的钢丝将一个 62磅重的头上带有铁笔的铁球悬挂在屋顶下，观测记录它前后摆动的轨迹。发现钟摆每次摆动都会稍稍偏离原轨迹并发生旋转。傅科的演示说明地球是在围绕地轴自转的。在巴黎的纬度上，钟摆的轨迹是顺时针方向，30小时一周期。在南半球，钟摆应是逆时针转动，而在赤道上将不会转动。在两极，转动周期是24小时。
物理学中的美，就是一种科学美。著名物理学家杨振宁先生把物理学之美分为三类：即现象之美，理论描述之美，理论结构之美。

物理学之美

物理学之美作者：谢小荣来源：《新课程·教研版》2009年第11期我们所处的物质世界,大到宇宙天体,小到微观粒子,尽管零零总总纷繁复杂,但物质之间相互作用、相互依存,遵循各自的运动规律,形成有序、协调、统一的整体,显现出自然规律的和谐、优美。

牛顿力学理论所概括的是宏观低速物体的运动规律;而爱因斯坦在更高的层次上以光速不变和相对性原理为基础,建立了狭义相对论,它反映了高速运动物体的运动规律;量子力学揭示了微观低速物体的运动现象;而现代量子场论、相对论量子力学则考察的是微观高速领域粒子的运动。

这些严密优美的理论体系,不仅具有真理的性质,又具有审美意义。

纵观物理学的整个发展过程,无不包含着一代又一代的科学家对物理学之美的孜孜追求。

爱因斯坦曾经说过:“物理学是至善至美的科学”。

他把物理学之美归纳为:简单、和谐、完善、统一。

他在建立相对论时的整个思考过程即是对“宇宙美”的追求过程。

和谐美、简洁美一直是他衡量物理学理论是否正确的标准。

开普勒坚信上帝是按照完美的数学原则来创造世界的,他以数学的和谐来探索宇宙,不忽视任何一个误差,最终发现了行星运动的统一规律——行星运动定律。

费曼也正是凭着他独特的审美鉴赏力去审视和欣赏牛顿的万有引力定律,麦克斯韦方程和爱因斯坦的相对论所体现的那种完美的结构,感受对称性、守恒定律、最小作用量原理的普遍性;又通过自身的审美直觉去洞察自然界内在的美,创造出了体现过去与未来之间对称性的费曼图,并进而提出了一种新的重整化理论,巧妙地避开了困扰量子场论计算中的发散困难,为量子场论确立了一种标准的理论程序。

物理学所蕴含之美主要包括:对称美、简洁美、和谐美、统一美。

1.对称美由于物理学揭示了自然界物质的存在、构成、运用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。

物理学中的对称主要表现为时空对称、数学对称和抽象对称。

时空对称有空间对称、时间对称、时间和空间同时对称三种类型。

时空对称表示物理现象在时空变换下的不变性。

物理中的美

物理中的美马克思说过:“人类是按美的规律去改造世界的。

”有位科学哲人也说过：“美是真理的光辉。

”美不仅是人类所应追求的目标之一, 而且人们还要按照美的规律去认识世界、改造世界。

从科学的角度去认识物理，研究物理，我们将在科学审美中得到飞跃和升华。

物理学作为一门严谨的自然科学，它集合了理论与实验为一体！物理学固然不是美学，但物理学中包含着美。

由于物理学所反映的是自然界丰富多彩的运动形式及规律性，因而它也就同时展现了自然界在结构上的对称、和谐与韵律美。

物理美的主要表现形式是用其具有的性质来表现的，这种表现反映了物理世界、物理学内部的规律性，这就使得这些性质之间具有相互联系，因而没有非常明显的界限，也就是说物理学美蕴涵了对称美，简单美，和谐美的统一。

但是，物理中的美是科学美的一部分，它不同于艺术美那么直观，它不易为人所理解，它需要我们细细斟酌，品味。

1.物理中的简洁美与深刻美简洁美以简单、洁净呈现其美感, 简洁美是科学美的特征之一。

作为反映物体运动变化规律的物理来说,那种最简洁的物理理论最能给人以美的享受。

物理美的简洁性并不是指物理内容本身简单,而是物理理论体系的结构和物理规律的数学表达形式简洁。

物理概念和规律能客观的反映物质世界的属性及其运动变化规律, 所以物理本身的内涵又具有深刻性。

例如, 爱因斯坦的质能联系方程E = mc2 ,其反映的质量与能量之间的联系及其数学表达形式简洁无比, 但却成为指导人们进一步对核反应规律的认识和从核反应中获得巨大能量的基础理论, 从这点讲又是深刻的。

高中时学理科的同学可以比较容易的从原子核质量的变化与释放或吸收能量之间的简洁关联E = mc2 中感悟到物理关系式的简洁美。

再从正负电子相遇“湮灭”成光子,而光子即为能量中,我们又可以体会到 E = mc2 的深刻性和它描述的广泛性。

再如，力的独立作用原理：几个力同时作用在一个物体上,如果所有的力或其中几个力各自都使物体产生相应的加速度,那么,每个力使物体产生的加速度和其余的力不存在一样。

物理学之美

美的东西让人心情愉悦，爱不释手。

法国著名艺术大师罗丹说：“美是到处都有的，对于我们的眼睛，不是缺少美，而是缺少发现。

”物理学作为整个自然科学的基础，它对其他学科作出的贡献是不可估量的，这不仅仅是指它的内容本身，更重要的是它的思想方法。

物理学给很多人的印象就是一个字，难。

是的，物理学的美不同于艺术美那么直观，不是人人能够欣赏到的，具有一定科学理论知识的人才能感受到，难道这不也是它独特的魅力之处吗？那么，物理学的美到底体现在哪些方面呢？首先，物理学从结构上看，是一座宏伟的大厦，外形整洁美观，内容完整富有内涵，19世纪末，物理学以力学、热力学、统计物理学、电磁学和光学为支柱，建成了经典物理学大厦，后来在此基础上又建立了以相对论和量子力学为代表的近代物理学，它们构成了焕然一新的物理学大厦，使之更宏伟和更接近完美。

1现象之美杨振宁在他的《美与物理学》一文中写道：物理学中存在三种美：现象之美、理论描述之美、理论结构之美。

现象之美是我们不需要特定的理论知识就能观察到的美。

比如雨过天晴后的七色彩虹、日出日落时的美丽风景，日食月食时的壮观情景，同样是日光经过一个三棱镜会变成奇妙、美丽的七色光，而经过放大镜能把火柴点燃，见到这些现象时你感叹大自然的美丽与神奇之外，会不会对揭示大自然秘密的物理学产生敬畏之心呢？确切的说，是为科学执着工作，做出过卓越贡献的那些伟大的科学家们，而在科学家们冗长沉闷的研究工作中，美学发挥了重要的作用，不仅使他们获得了喜悦、欣慰和满足，还给他们提供了思路和灵感。

当时牛顿做色散实验时，由于当时的实验条件和种种原因，他实际上并没有清晰明确确定7种颜色，他只确定了5种颜色：红、黄、绿、蓝和紫。

橙和青是后来加上去的，原来，牛顿认为光和声音应该有相似的地方，基色的数目和全音阶的7个音乐调相对应。

于是他在5基色中大胆加上2色成为7色。

说明，牛顿在他艰难的科学探索中，不断利用当时的美学标准作为引导他探索中的一个路标[1]。

学习物理的艺术之道用美学角度探索物理学

学习物理的艺术之道用美学角度探索物理学学习物理的艺术之道：用美学角度探索物理学物理学作为一门自然科学，研究物质、能量及其相互关系的规律，被认为是世界的语言和数学的基础。

然而，物理学不仅仅是冷冰冰的公式和实验，它也是一门充满美感和艺术性的学科。

本文将从美学的角度，探讨学习物理的艺术之道。

一、物理学的美学价值物理学家爱因斯坦曾说过：“科学之美在于它的简洁性。

”物理学严谨而简洁的理论模型、精确而雄辩的数学表达，展现出一种纯粹、精练的美感。

物理学中的定律和原理如同一首美妙的乐曲，每一个符号和符号之间都融合在一起，构成了和谐的整体。

物理学还追求一种对世界的真理和美的追求。

科学家通过不断探索物理世界，发现自然界中隐藏的规律和美妙之处。

从光的折射到行星运动，从电磁波的传播到相对论的引力场，物理学让我们能够欣赏到宇宙中最美妙的奥秘。

二、用美学的眼光解读物理学概念物理学中的概念和理论，并非孤立存在，而是相互联系、相互依赖的。

正如一幅画中的色彩和线条相互交织，创造出独特的意境，物理学中的概念也能被赋予美学的意义。

1. 对称美对称是美学中一个重要的概念，也是物理学中一个重要的研究方向。

物理学中的许多原理和现象都与对称性有关，如空间的各向同性、粒子的对称性和场的对称性等。

对称不仅在自然界中存在，也是人类审美的基础之一。

通过对称的思维方式，我们能够更好地理解并感受物理学中的美感。

2. 图像美物理学中的数学模型和实验结果常常可以通过图像来直观展示。

图像美是指图像中形态、颜色和比例等美学元素的协调与统一。

例如，量子力学中的波函数图像、天体物理学中的星系图像，都展现出一种独特的美感。

通过观察和欣赏这些图像，我们不仅能够理解物理学中的概念，还能感受到其中蕴含的美妙。

三、物理学实验的艺术性物理学实验在研究中起着重要的作用，它们不仅是验证理论的手段，也是探索未知的方式。

实验的设计和执行过程中蕴含着一种艺术性。

1. 实验的美感物理学实验的设备和仪器具有独特的美感。

物理学美的内涵

广西民族学院学报(自然科学版)第4卷第1期 JOURNAL OF GUANGX I UN IVERSIT Y F OR NATI ONAL ITIES Vol.4NO.1　1998年2月(Na tura l Sc ience Ed ition) Feb.1998物理学美的内涵Ξ何开岩(广西右江民族师专物理系,百色,533000)摘　要　用美学观点分析了物理学中广泛存在的几种主要的美学形式:物理现象美、实验美、理论美、理论效用美.关键词　物理美　层次美　对称美　数学美　效用美分类号　O4:B830　引言什么是物理美?杨振宁在讨论理论物理的美学问题时曾经说过:“事实上物理学中美的概念不是固定的,这个概念是发展的,因为理论物理学的题材是发展的”[1]其实,纵观美学发展史我们发现,关于美的严格定义,从来就没有真正统一过.然而,我们可以从各种不同的表述中这样来理解美:能给审美主体产生愉悦感的事物(或人)的品质,我们可以按这个表述所提供的思路来理解物理美的含义.时至今日,物理学已建立起自身结构相对完整、又不断渗透到其它科学领域中去的理论体系,不论是其理论本身的各个方面,还是其发展的各个历史时期,都包含着丰富多彩的美学内涵.1　物理现象美物理现象美包括两方面内容:物理观察的自然现象美和物理实验展现的现象美.物理观察的自然现象美与传统美学中所谓的自然美的内涵是不尽相同的.后者是审美主体的感官直接感受到的自然界表面属性,如日月星辰的闪光,银河系幽深缥缈,彩虹的绚丽等等这些自然物的质料、尺度、形状、线条、光泽、色彩等自然属性.前者所涉及的广度和深度要大得多.物理观察可以获得诸如星系的旋涡结构、行星的椭圆轨道等宇宙结构图景,物质的晶体、分子、原子等的物质层次结构图景,分子光谱、原子光谱等反映原子结构奥秘的可视特征等.物理实验展现的现象实际上是实验物理学家对自然现象或自然过程重新组织或者重新构建.暂且不论实验本身的美学问题,让我们先来看一看实验物理学家给我们展现的图景吧:棱镜或者光栅展示的多色光谱,双缝干涉条纹,单缝或圆孔衍射花样等,这些令人赏心悦目、回味无穷的图景,是人们感性认识的范围内就可以体验其美感效应的,与绘画有同样的审美价值.当然要理解它们的深层原因那又是另一回事了.“再比如:超导现象,当发现电流在一个通有电流而不带电池的线圈中成年累月地流动而不停下来,可以想象,发现这一现象的人将会多么惊讶”[1].2　物理实验美物理实验不但具有功用价值,而且具有审美价值.诚然,物理实验的最终目的不是创造艺术作品,而是为理解自然提供细节观察或者是为理论寻找证据.然而,实验物理学家能够把求真与求美统一在他们的实际工作中.库仑的电枰实验,托马斯杨的光双缝干涉实验,迈克尔逊——莫雷“以太漂移”实验,赫兹的电磁波实验,盖革与马斯登在卢瑟福指导下进行的粒子散射实验,查德威克发现中子的实验和吴健雄验证弱相互作用下宇称不守恒理论的实验等,这些物理学史上的重要实验,不仅为物理理论的确立立下汗马功劳,而且也在科学发展及人类进步的历史舞台上闪耀着艺术的光辉,堪称物理世界中的艺术精品.无论是其独具创造性的实验构思、精巧完美的实验设计,还是精湛的实验操作和控制技术,都透射出Ξ收稿日期:1997209217.第一作者:男,36岁,讲师.实验物理学家深厚的艺术素养和高超的艺术创作才能.难怪爱因斯坦把迈克尔逊称作“科学中的艺术家”[2].3　物理理论美“大自然在最基础的水平上是按美来设计的”[3]物理学家正是带着求真求美及其统一的信念来探索自然界的.因此,他们创作出来的描述自然界物质运动的最一般规律及其基本结构的物理学也是美的.311　层次美从整个物理学理论的发展历史来看,它具有一种层次美.自然界具有层次结构,但它不是一开始就一览无余地展现在人类的意识当中.幸运的是,人能够逐步认识自然.“自然在其进化中赋予人类以某种具有映射功能的同构组织,使人能够以多种创造性的方式接受、复制自然信息,并以某种同构的方式反映出来,这样一来,人就能够在貌似无序的自然状态中发现秩序”[4].哥白尼在他的《天体运动论》中提出日心说后,人类描绘自然界的画面就有了个模糊的轮廓了,加上后来的开普勒的行星运动定律,画面的轮廓就清晰可见了.牛顿在伽利略等人研究的基础上,尽情发挥他的创作天才,在自然界的宏观结构机械运动层次上为人类勾画出第一幅比较完整的画面,尽管有些细节还不尽人意,但它足以让人看到自己所赖于生存的这个世界的面貌.在这之后迈耶、赫姆霍兹、焦耳等人完成了热学和力学的统一;法拉弟、麦克斯韦等完成了电磁光的统一,这些工作使分散的画面得到了统一.到了二十世纪初,相对论给自然结构描绘了一幅气势更加宏伟壮观的画卷,而量子力学则是在更深层次里给人们展现物质结构的奇妙图景.这就是我们的物理学!它不断地对大自然深入探索下去,让大自然像被剥开的洋葱那样,一层层地展显出来.显示出物理学发展循序渐进的层次美. 312　和谐统一美和谐统一包括三个方面的内容:一是理论本身在其界定的范围内是自洽的和完备的.二是理论所描述的图景在其描述的层次上与自然是同构的.三是揭示自然的统一规律.物理理论的和谐统一美实际上是自然界和谐统一美的理论形态.早在古希腊时代,毕达哥拉斯学派的古典哲学中就已经确立了“宇宙和谐”的美学观点,虽然这个观点是当时的哲学家基于有限的、粗糙的观察和哲学的思辩提出来的,更多地带有形而上学的色彩,它还只是反映人类对宇宙结构的一种朦胧的意识,没有多少实际的内容.但它却影响着一代又一代科学家的思考,鞭策着科学家去探索宇宙和谐结构以及它的统一规律.且看牛顿经典力学体系的和谐统一美.牛顿将他以前的所有物理学家的研究成果和他自己的研究成果进行了一次大综合,写成划时代的《自然哲学的数学原理》这部科学的经典名著.有人说它是理论力学、天文学和宇宙学的可以补充但不可超越的理论基石.的确,牛顿把天上物体和地上物体的统一规律找出来了,加上后来伯努利、欧拉,达郎贝、拉格郎日、拉普拉斯、勒让德、赫姆霍兹等人的发展和补充,经典力学形成了一个完备的理论体系.当人们观照这样一个图景:天地万物如同牛顿力学体系所描述的那样,在它们所该在的位置,走它们所该走的道路,去它们所该去的地方.难道不觉得是一种和谐统一美吗?爱因斯坦的相对论把时间、空间、物和引力统一起来,把经典物理学都包容在他的理论框架之内,创造了程度更高范围更大的和谐统一理论.相对论的巨大美学价值是无可争辩的.德国物理学家玻恩就曾经这样评价相对论的,“它在我看来像是一件伟大的艺术品,从远处看去真令人喜爱和值得赞美”.313　简单美自然的基础构造是简单的.那么物理学的简单性指的是什么呢?爱因斯坦对此有过这样的论述,简单“并不是指学生在精通这种体系时产生的困难最小,而是指这种体系所包含彼此独立的假说或公理最少”[5]这里所指的就是理论基础的逻辑简单性.狭义相对论和广义相对论就分别只有两条基本假设.牛顿力学体系从四条法则、八个定义、三个定律出发就可以演绎出庞大力学体系的所有推论.为什么简单性会给人予美感呢?因为理论愈简单,意味着限制条件愈少,适用的范围更广.所以,简单的理论比复杂的理论包含有更多的信息量.简单性还包括理论形式的简洁凝炼及数学公式的简单性.因此,简单美又与和谐统一美和下面要讨论的数学美相联系.比如哥白尼的日心说,它就没有了托勒密地心说那个复杂的本轮、均轮体系,给人一种简洁明快的美感.314　数学美数学美是指物理常数,物理公式或方程,以及数学方法的美.某个物理常数暗示某种同类自然现象的共同特征,犹如造物主给自然界的物质运动规律分门别类贴的标签一样.认识到这一点我们就不难体验物理常数的美感了.例如普朗克常数是微观领域的标签,万有引力常数是万有引力作用问题的标签等等.物理公式或方程是物理学家辨认出来的自然界所遵守的法则,优美的物理公式或方程我们常称之为漂亮的数学结构,比如具有结构上或者具有某种物理意义上的对移性,如麦克斯韦电磁学方程组等,它给我们的美感是显而易见的.“自然界为它的物理定律选择这样的数学结构是一件神奇的事,没有人能真正解释这一点”[1]有时候,物理学家甚至是为了追求数学结构上的美而暂时放弃其真.韦尔曾经说过“我的工作总是力求把真实和美统一起来,但是当我必须两者选一时,我通常选择美”.这并不意味着物理学要回到经院哲学那套形而上学的纯哲学思辩的老路上去,也不意味着物理学家不讲事实,只顾玩弄数学游戏.自爱因斯坦以来的物理学家坚信:自然是按美和简单来设计的.物理学家在选择可能描绘自然结构的数学形式时选择了优美对称简洁的形式,正是已经深入他们骨髓里的这种强烈信念所使然.美与真的暂时矛盾只是表明了这样的事实:物理学家极其广广西民族学院学报(自然科学版) 1998年2月　第4卷阔的思维空间与现实空间由于实验手段和技术的限制而暂时无法沟通,理论的发展走在实验的前头,这是现代物理学的特点.下面的例子可以说明这个问题:狄拉克建立统一相对论和量子力学的电子运动方程,具有非常优美的形式,可是它多出来的解却与当时的“真”不符.狄拉克舍不得改动那优美的方程,但必须给失“真”的解一个圆满的解释.于是他大胆地引进正电子,首次提出了反物质的概念,三年后正电子果然被安德逊所发现.这可以当作是以美求真的典型例子.315　对称美对称是自然界中广泛存在的也是人们很乐以接受的一种美学形式,它往往能给人一种良好的心境,物理学家对它更是宠爱有加,义无反顾地去追求这种美.传统美学中的对称仅指人们感性意识中的三维空间的对称,物理学中的对称则包含各种数学空间的对称;那是一种理性范畴的对称.平面镜成像的物象对称;圆孔或单缝衍射图样的对称;无限长直导线周围磁场的轴对称,点电荷电场的球对称等,这些是物理现象的对称.而物理定律对某种规范变换的不变性更是贯穿于整个物理学的一种对称形式.实际上,对称性思想已经是现代物理学研究的一个重要思想.物质波概念,相对论理论,规范统一场论等都是这个思想思考下的产物.如果说麦克斯韦是从直接可见的关于电和磁的对称性以及数学形式的对移性方面建立了电磁学理论的话,那么爱因斯坦则是对深层的直接经验无法察觉的对称性——即规范变换不变性的深刻的理性思考而建立了他的狭义相对论的.对称性原理确实在现代物理学研究中发挥了越来越大的作用,对称性的方法其实已经是当代物理学家研究物理理论的一种方法.316　理论效用美物理理论的效用美同样体现出美学功利性原则.物理学一直作为精密科学的典范,至今仍然是自然科学的基础学科,同时它在技术和应用的指导方面显示出强大的威力.经典力学体系是众多工程技术的理论基础包括机械工程、土木建筑工程、航空航天技术直至气候、环境、海洋等技术都需要以力学理论作指导,力学甚至还部分地运用于分子、原子、电子等基本粒子的运动.麦克斯韦电磁理论为建立现代的电力工业和通讯系统奠定了基础,并引发了无线电、电视、雷达的发明,大大地改变了人类的生活.20世纪物理学的发展更加深了人类对自然规律的认识,极大地改变了人类的宇宙观,以及人类的生活生产方式甚至思维方式,促进了整个自然科学技术进步.就拿量子力学来说,它全新观念和理论框架不仅是现代物理学的基础,而且也是现代化学、现代生物学等其他现代科学赖于向纵深发展的基础.此外,它还导致了新材料、新能源、光通讯、激光、半导体等技术的产生及其相应工业兴起.而半导体材料、器件的研究又为计算机革命开辟了广阔的发展道路.由此,我们不难体会到物理理论效用性的美学价值.以上讨论的这些物理学中的美学形式,并不是互相孤立的,而是相辅相成的,它们共同构成了物理美的主体框架.参　考　文　献[1]杨振宁.美和理论物理学(张美曼译).自然辩证法通讯,1988(1):1、4[2]爱因斯坦.爱因斯坦文集(第1卷).上海:商务印书馆,561[3][美]A.热著1可怕的对称(熊昆译).长沙:湖南科学技术出版社,1992110[4]张相轮.关于科学的美学研究.自然辩证法研究,1991,7.(10):43[5]爱因斯坦.爱因斯坦文集(第1卷).上海:商务印书馆.19791284[6]爱因斯坦.爱因斯坦文集(第3卷).上海:商务印书馆,19791347～348[责任编辑　黄祖宾][责任校对　黄世杰] Beauty I n PhysicsHe Ka iyan≅P hy sics D ep a rt m en t of Guang x i Y ouj iang T eachers Colleg e f or N a tiona litiesΨB a iseΨ533000ΣAbstract　W ith the standpo in t of aestheticsΚthe w riter exp lain s a few aesthetic fo rm s w h ich ex ist com2 m on ly in p hysicsΚT hey are beau ty of p hysical p henom enonΚof p hysical exp eri m en tΚof p hysical theo ry and of u tilizati on of p hysicsKeyW ords　B eau ty of Physics　B eau ty of gradati on　B eau ty of Symm etry　B eau ty of m ath s　B eau ty of u tilizati on1998年第1期 ●何开岩著:物理学美的内涵。

杨振宁谈美与物理学观后感

杨振宁谈美与物理学观后感篇一杨振宁谈美与物理学观后感最近看了杨振宁先生谈美与物理学的相关内容，哇塞，真的给了我超多启发，让我忍不住想跟大家分享分享我的感受。

你说美和物理学能有啥关系？以前我可能会觉得，物理学不就是那些枯燥的公式和定理嘛，跟美好像八竿子打不着。

但杨振宁先生这么一谈，我才发现，原来物理学里藏着那么多美的东西！就比如说牛顿的万有引力定律，那简洁的公式背后，揭示的可是整个宇宙中物体相互吸引的规律啊！这难道不美吗？就像一件精心雕琢的艺术品，简单却蕴含着无尽的奥秘。

也许有人会说，这有啥美的，不就是个科学理论嘛。

但我觉得，正是这种能够用简单的方式描述复杂现象的能力，才是物理学的魅力所在。

它就像是一把神奇的钥匙，能打开我们对世界的认知之门。

我在想，我们平时总是在追求外表的美，喜欢好看的衣服、漂亮的脸蛋，可却常常忽略了这种内在的美。

物理学中的美，是一种智慧的美，是人类思维的结晶。

再比如说爱因斯坦的相对论，那复杂的理论，初看让人头大，但当你深入了解，会发现它对时间和空间的全新诠释，简直太酷了！这难道不是一种令人惊叹的美吗？杨振宁先生的讲述，让我意识到，我们不能只看到事物的表面，要学会去发现隐藏在深处的美。

这一路的探索，真的让我大开眼界，也让我对物理学有了全新的认识。

难道不是吗？篇二杨振宁谈美与物理学观后感哎呀，看了杨振宁先生谈美与物理学，我这心里头那叫一个翻腾啊！一开始，我其实心里还犯嘀咕，美？物理学？这俩咋能凑一块说呢？可听着杨振宁先生讲着讲着，我就好像被带进了一个全新的世界。

你能想象吗？那些复杂的物理公式，在杨振宁先生眼里，就像是一首首优美的诗歌。

我就在想，我以前咋就没发现呢？可能是我太笨了，哈哈。

比如说量子力学，那玩意儿以前我觉得简直就是天书，可杨振宁先生说，里面蕴含着一种不确定性的美。

啥？不确定性还美？我一开始真不理解，觉得这不是乱套了嘛。

但仔细想想，也许正是这种不确定性，才让我们对世界充满了好奇和探索的欲望。

中学物理美学渗透

中学物理美学渗透一、物理学本身渗透着美学爱因斯坦曾经描述说，物理学是至善至美的科学，他还特别把物理的美归纳为“简单、和谐、完善、统一”。

物理学发展史是一部美学发展史。

在物理学发展的过程中，物理学家们探索物理学规律，总是一方面体现出对美的热烈追求，另一方面体现出他们精神上的种种美德。

正是由于他们在美学思想指导下，通过不懈的努力，才能取得一个个重大成果得以推动了物理学的发展。

哥白尼、开普勒是带着强烈审美意识探索自然规律的先驱者。

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

托勒密为了解释天文观测的现象，引入了许多“均轮”、“本轮”，使得天文理论既复杂又失洽。

因此，在极端困难的条件下，哥白尼研究了三十多年，终于建立了不朽的日心说。

后来，开普勒深切感受到日心说的美，不懈坚持几十年的观察，积累的大量的天文数字，提出行星运动的三定律来论述天体的运动是如此的简单与和谐。

物理学家根据世界的对称性，通过预言、设想来推测未来事物的存在。

“电可以生磁、磁可以生电”，法拉第经过十几年的不懈努力实现了由“磁生电”的梦想。

牛顿追求规律的统一，是他发现“万有引力定律”的关键，他把天上的力学和地上的力学统一起来，实现了物理发展史上的第一次大综合。

每一位物理学家背后不知隐藏了多少可歌可泣、感人肺腑的故事。

他们对自然科学美的追求，他们为真理奋斗不息的精神之美，都是我们的榜样，也是在教学中培养学生高尚品质的典范，可以启迪学生的智慧，引发学习兴趣，激励他们成功的意志。

物理学规律的美学特征：物理学“是一门研究自然规律与秩序的学科，它探索物质和谐地存在与运动的根源”。

杨振宁在《美和理论物理》一文中提出物理理学具有“物理现象之美”“理论描述之美”“理论结构之美”。

也有不少物理学家认为，物理学的美学特征主要表现为“多样统一美”“和谐奇异美”“简洁明快美”等。

对物理学的种种美学评估，只是摄入角度或提法上的不同，本质上都是揭示科学真与科学美的辩证关系。

物理学美学准则

•
近五十年来，粒子物理与场论飞速发展，对称性的指引在其中起了决定性的作用。在粒子物理中，物理学家根据对称性预言并发现新粒子，正电子、欧米格负粒子和顶夸克等就是极好的例证。在场论中，“对称决定相互作用”：杨振宁和米尔斯根据某种对称性提出了著名的杨－米尔斯场论，该理论的变换群决定了无质量的粒子（称为“规范玻色子”）的数目和性质，规范玻色子在粒子之间来回跳舞就产生了相互作用，不同的玻色子决定不同的相互作用，如光子决定电磁相互作用，Ｗ或Ｚ玻色子决定弱相互作用，胶子决定强相互作用，据推测引力相互作用是由引力子决定的（未证实）。
• 面对着这么多的齿轮，天才的哥白尼站了出来，说：“不，太阳系应该是简单的！我们若将太阳和地球换个位置，托勒密的齿轮至少能扔掉一半以上，太阳系也就变得井然有序了。”这就是“日心说”，物理学最终选择了它。试问：从相对运动的观点来看（不考虑动力学的原因），选择地球为参考系和选择太阳为参考系，没有理由说谁更优越，为什么要抛弃“地心说” 而承认“日心说”呢？两个字：简单——“日心说”后经开普勒的改造只剩三条定律，但太阳系各行星运动规律尽在其中。
统一美
• 统一就是要求理论在不附加太多的基本假定的基础上尽可能前后一致地解释更多的物理现象：牛顿力学几乎能描述所有宏观低速的运动（也包括分子热运动和声）；电动力学能描述大多数电磁现象……众所周知，目前自然界普遍存在四种力：强相互作用、弱相互作用、电磁相互作用和引力相互作用，它们决定了现今自然界的各种物质运动。物理学的终极目标就是要将四种力统一成一种力，即所谓的大统一。
简单美
自然界的现象是错综复杂的，然而背后隐藏的规律确是简单的。物理学正是建筑在这一基础之上，任何物理理论，归根到底只有少数几条基本的假定：经典力学建立在牛顿三定律之上，电动力学建立在法拉第的“场”和麦克斯韦方程组之上，狭义相对论建立在狭义相对性原理与光速不变假定之上……这些简单的假定是从大量的自然现象和物理实验中抽取并提升出来的，然而，建之于上的物理理论反过来却能解释几乎所有的自然现象，并在生产实践中得到广泛的应用，极大的推动生产力的发展。

浅议物理教学中的美学

守恒，在于它用最简单的语言描述了大自然遵循的规律、更在于人类在物理科学美思想的指导下推动了物理学的发
展。
笔者认为物理学发展史是一部美学发展史，许多物理学家在科学美思想指导下，过不懈的努力，通才推动了物理学的发展。物理学中的美学特征：简单深刻、对称守恒、统一和谐。在物理教学中应有意识地渗透美学思想教育，让学生在学习物理的同时体验科学美、欣赏科学美并能在科学美思想
框架之内。造了程度更高范围更大的和谐统一理论。创四、理学家与美学思想物翻开中学物理课本，首先印入眼帘的是精美的彩色照片。长征火箭、信卫星、导纤维、电站防波堤、负有通光核正电子对撞机等，是人类对自然美的追求和创造的结果，这是
启真” 作用。的自然界是美的，作为研究自然，涉及人与自然之间关
系、揭示自然奥秘的物理科学也是美的。物理的科学美在于它是建立在自然美的基础上，示了大自然的隐含真理，揭在
于它发现了大自然的和谐和统一，发现了大自然的对称和
物理现象和规律充满美感，在物理教学中渗透美学教育可以培养学生的审美观，学生具有良好的审美能力，使从而激发起学生对美的追求，身心得到健康和谐发展；可以激发学生学习物理的兴趣，强学生的强烈求知欲；增减轻学生心理压力和学习负担，高学习效率；以促进学生对知识提可的理解与掌握，促进学生创造性思维的发展。笔者认为物理学既是一门自然科学，又是一门美学，许多物理现象和规律充满美感，物理教学中渗透美学教育，在可以培养学生的审美观，学生具有良好的审美能力，而使从激发起学生对美的追求，身心得到健康和谐发展；以激发可学生学习物理的兴趣，增强学生的强烈求知欲；以减轻学可生心理压力和学习负担，高学习效率；提可以促进学生对知识的理解与掌握，进学生创造性思维的发展，到 “ 美促起以

和谐、统一与完美,物理学家的最高境界

对称” 电磁场方程组，爱因斯坦的 “ 一场论 ” 从物理模型的建立，物理定律的发现，观的到统；到纵
物理学发展史。不难看出：对自然界进行探索的漫长历程中，理学家们对自然界的和谐、一在物统与完美的坚定信念，成为他们在艰难崎岖的科学道路上勇敢攀登的精神动力；物理学理论的研在
谐性与统一性。很早科学家们就懂得科学中蕴涵着奇妙的美。
时间。他深信，是探求理论物理学中重要结果的美
一
个指导原则。 ¨ ”
美国物理学家阿・十分称赞爱因斯坦的观热点，表明自己所撰写《怕的对称》书的目的就他可一
１开普勒与“ 和谐 ” 哲学思想的
以发现行星运动三定律而被誉为 “ 空立法天
者” 的德国天文物理学家约翰内斯・开普勒，毕生其的事业，将宇宙结构的思辨和经验事实结合为不是
可分割的统一体，用数学的方法来处理这个统一并体。他使物理学进入到了当时科学的前沿— — 天
致、简单、齐等等都与科学中的美，整特别是物理学
中的美有关。－ ”３英国科学家邦迪曾经回忆与爱因斯坦的有趣
［收稿日期］２０ —１００５０—１
文学领域。正是对自然界 “ 和谐 ” 的神秘感受，终始
支配着他对天文奥秘的探索活动。在波兰天文学