17万物之理=万物之美——三探物理学与人文精神的养成

万物之理＝万物之美

——三探物理学与人文精神的养成

关键词：物理学美学人文价值

本文将尝试探讨《物理学》中的《美学》问题，从而进一步思考其人文价值。

一、前言

《美学》是一门很深奥的课题，很多人都十分陌生，本人在这方面作过一些思考，认为有了一点新体会，姑且班门弄斧，或借此文引来一些涟漪和争鸣。

本人认为欣赏“美”的能力是需要培养的。其中，要学会欣赏宇宙万物之美，只有通过物理学——这是一门理性的学问，与我们东方的感性美学截然不同。

二、东方的感性美学

在中国人的眼中，“美”是很感性的——“羊大为美”，通过分析这个字的结构，中国人的感性思维特点暴露无遗。

当然，经过几千年的提炼和升华，我们的这种审美观念也达到了登峰造极的地步。让我们来观察一下古人的居住环境，也就是建筑园林，这里最能形象地体验我们祖先的这种思想感情。

中国园林是对大自然山水的高度概括和浓缩，融入了中国文人的诗情画意。在营造这些人工园林时，讲求“分水裁山”、“曲径通幽”、“小中见大”，置身其中，顿使人有“虽为人作，宛自天开”的感觉。

网师园（局部）

当然，如果观赏者能有一定的文化艺术造诣，那就更能深入到古人的精神世界，达到“得象忘形”、“得意忘象”的审美境界。

另外，从正面细心观察中国古建筑的屋顶，那将会是很有特色的：其高度和体积常常超出了整个建筑的一半，甚至三分之二，重量的比例也相当可观，复杂的结构更是令人眼花缭乱。

曲阜孔庙

屋顶的线条和各个面显现了曲线或曲面，从上至下，先急后缓，优美地融入到天际背景之中。

三、西方的理性美学

比较西方园林的布局，中西方分歧十分明显：大而规整。

法国凡尔赛宫苑平面图

西方园林充满了几何线条的元素，条块分割，界线分明。西方园林各个区域会分门别类，讲究栽花种树、人工剪裁，尽显园艺精髓，像是一座展现改造自然能力的植物博览园。

英国伦敦老圣保罗大教堂的塔与部分中殿唱诗班殿

西方建筑的人工雕琢味道更为浓厚。其造型夸张，外形线条硬朗，有极为丰富的装饰构造。典型建筑往往还会有锋锐的尖顶直指苍穹，给人一种挑战自然的骄傲和震撼的感觉。

由此可见，西方建筑园林有理性的本质，也就是一种数学的、物理的积淀，那是他们发展了数千年的成果。

其实，它还渗透到了西方的音乐和美术之中。很多人根本没有意识到西方的音乐和美术也是数学的、物理的。

即使是现代的西方航空界，他们也有这样的说法：“外形美的飞机都会飞得好”，像F-15、F-16、F-22、苏-27等，F-117就飞得很笨拙，我们的歼-10的外形也还有差距——他们所说的“美”已经不是抽象的概念了。因此，我们完全可以认为西方人具有理性的美学。

其实，在欧洲古代的学校中，就长期将天文学、音乐、数学、几何学称之为“四大学科”，其核心又定位在数学。柏拉图学院的大门上甚至写有：“不懂数学者莫入此门。”

从建筑园林角度，我们看到东西方本来是在不同的轨道上发展着。然而，在最近的半个多世纪，西化的建筑线条越来越充斥我们的天空——内敛含蓄消退了，自我张扬站到了舞台的中心。

居住的环境是会改变人的思维的，我不认为这是好事：“鸟巢”、“水立方”、“鸟蛋”这些建筑令我觉得很不和谐——没有内涵的过度张扬会鼓励人变得狂妄，因为我们缺乏承载的底蕴。

我们的审美意趣变了，还有多少人懂得静下心来欣赏这种东西呢？

北宋汝窑水仙盆

没有装饰、没有花纹，纯粹就是追求造型、线条、釉色、质感……

四、 物理学的美学价值

经过一番简单的分析，我们会看到，无论是西方的理性美学或者是东方的感性美学，要拥有其独特的欣赏能力都需要后天的培养，要在那种文化、历史中作长期的学习与浸淫。

那么，物理学又有什么样的美学价值呢？物理学是研究宇宙万物规律的科学，因此，物理学就是欣赏宇宙美的重要钥匙。物理学是西方文明精华中的精华，其审美难度极富挑战性，尤其是对中国人，以下列举几个例子。

1. 牛顿运动定律和引力定律

根据牛顿运动定律和万有引力定律，分别有一个著名的公式：ma F =和2

r Mm G F =。 对于牛顿的贡献，爱因斯坦的评价是：“至今还没有可能用一个同样无所不包的统一概念，来代替牛顿的关于宇宙的统一概念，而要是没有牛顿的明晰的体系，我们到现在为止所取得的收获就会成为不

可能。”

2. 麦克斯韦的电磁学方程

t

B E ∂∂-=⨯∇， t E J B ∂∂+=⨯∇0

00εμμ， 0

ερ=⋅∇E ， 0=⋅∇B 。

这是麦克斯韦著名的电磁学方程。麦克斯韦的电磁场理论，从牛顿的超距作用过渡到以场作为基本变量，实现了科学认识的一个革命性变革。这个理论也是第一个经典场论，是现代规范场理论的先导，在其简洁的数学形式中蕴藏着完美的对称结构：电场和磁场的对称性，时间和空间的对称性。

爱因斯坦和英费尔德曾高度评价这组方程：“这些方程的提出是牛顿时代以来物理学上一个最重要的事件，这不仅是因为它的内容丰富，并且还因为它构成了一种新型定律的典范。”

3. 爱因斯坦的质能方程

我们看到了爱因斯坦是如何评价以上的两组方程，但当他写下：2mc E =的时候，或许这位大师尚未意识到他已经改写了人们对宇宙秩序的认识。方程中质量和能量的正比关系，结束了经典力学和经典电磁学关于“实体”和“场”的争论，对科学和技术的飞跃发展起了不可估量的影响。

如果我们再考察νh E =和λh

p =这两个公式，将会看到时-空的另

一个重大秘密——时间和空间中包含有惊人的能量，时间越短、空间越窄，能量越大！

两螺旋星系碰撞（哈勃太空望远镜拍摄）

如果说经典力学和经典电磁学勾勒了宇宙画卷的大框架，爱因斯坦及上述两个公式的深刻思想就揭示了在宇宙漆黑背景上如何创造光和色彩——这就是物理学家眼中的宇宙图像。然而，要懂得欣赏这样的图像非一般人所能做到，就如许多人无法理解毕加索的画作。

公式中的那个“＝”是一座桥梁，它连通了已知的认知世界和未知的认知世界，就看你有没有能力、有没有勇气、有没有想象力跨过这座桥梁去探索彼岸，那里也将会有更高层次的“美”能够感动你。

4. 图灵方程

a D

b a S t

a a j i j i 2,,)16(∇+-=δδ

b D b a S t

b b j i j i j i j i 2,,,,)(∇+--=βδδ 1952年，在图灵（1912~1954）的一篇论文中，天才地使用了这