美与物理学
物理中的艺术与美学
物理中的艺术与美学物理学作为一门自然科学，研究的是物质、能量和它们之间的相互作用。
然而，除了深入探索自然规律和物质世界的本质，物理学也蕴含着许多令人惊叹的艺术与美学。
本文将探讨物理学中的艺术性和美学价值，以及它们如何与科学研究融为一体。
一、优雅的数学美学物理学与数学密不可分，数学作为物理学的语言和工具，为研究者提供了一种优雅的表达方式。
物理学中的公式、方程和推导都借助于各种数学原理和方法，这些数学工具的运用使得物理学的推理过程更加精确且可靠。
菲涅耳的衍射理论和麦克斯韦方程组是物理学中的两个重要例子。
菲涅耳的衍射理论通过数学上的复杂积分和波动方程，描述了光的衍射和干涉现象。
这些理论的数学形式十分优美，将自然现象与纯粹的数学相结合，给人留下了深刻的印象。
同样，麦克斯韦方程组也体现了一种宏伟的数学美感，并为电磁学的发展奠定了基础。
二、实验与观察的视觉艺术在物理学的研究过程中，实验与观察在发现新现象和验证理论方面起着重要的作用。
实验仪器的设计和搭建往往需要物理学家充分发挥他们的创意和想象力，以确保实验过程的准确性和可重复性。
举个例子，电子显微镜是一种非常重要的实验工具，它能够通过电子束来观察样品的微观结构。
在使用电子显微镜观察时，科学家不仅可以清晰地看到物质的微观形态，还能欣赏到其令人叹为观止的美丽。
比如光的干涉与衍射现象在电子显微镜下的呈现，以及金属晶体的纹理、多层石墨烯结构的奇特图案等，都展示了物质世界的独特之美。
除了实验观察，大自然本身也以其奇特的景象和自然现象展示着物理的艺术美。
闪电的瞬间、日落的余晖、彩虹的霞光等自然景观以及天文现象如星系的演化、黑洞的吞噬等，都使我们领略到了宇宙万物的壮丽与奥秘。
三、理论和模型的美学构建物理学研究的重要目标之一是建立一个能够解释和预测各种现象的理论或模型。
优秀的理论或模型不仅需要具备很高的科学价值，还需要在美学上具备一定的魅力。
例如，爱因斯坦的广义相对论是描述引力现象的理论，这个理论不仅在科学上引起了巨大的变革，而且其数学形式和几何观念的创新也令人惊叹。
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【教学目的】1、学会用研究和讨论的方法，探究创新精神的内涵。
2．学习科学家孜孜屹屹探求真理的精神，领略科学家石破天惊的创造才能。
【教学重点】了解科学家们孜孜矿务局探求真理的精神，领略到科学家们石破天惊的创造才能，欣赏到物理世界基本结构的非常之美、非常之妙，认识到创新的动力很大程度上来自对美的执着追求【教学难点】学会用研究和讨论的方法，解读文章丰富而深刻的内涵。
【教学方法】讨论法【教学课时】2课时第一课时一、导入课文这篇文章也是谈科学创新的有关问题的。
阅读这篇文章要了解科学家们孜孜探求真理的精神，领略到科学家们石破天惊的创造才能，欣赏到物理世界基本结构的非常之美、非常之妙，认识到创新的动力很大程度上来自对美的执着追求。
文章涉及了物理学方面的一些专业知识，学生在阅读时可能看不懂，但这不妨碍我们理解整篇文章的精髓。
二、预习指导本课的教学以研究和讨论为主。
教师可以先布置一些题目，让学生带着问题去研究教材，去展开讨论。
下边的问题可供参考。
1．科学家的创新精神表现在哪些方面?2．科学家的创新精神以及对美的追求，在科学研究中有什么意义?对我们每个人有什么启示?三、通读课文思考问题1、科学家的风格不同，但可以发现他们的共同之处，风格有何不同，又有何共同之处？2、物理学是美的，它的美表现在哪里呢？3、科学家的创新精神表现在哪些方面?第二课时一、研读讨论（一）科学家的风格不同，但可以发现他们的共同之处，风格有何不同，又有何共同之处？文章从科学家的风格谈起。
"狄拉克的简洁"，显示出他最独特的风格，谈他的文章，你会"惊叹他的独创力"，又有一种"秋水文章不染尘"的感受。
海森堡的风格是在独创力之中又有一种"朦胧、不清楚"的感觉。
从他们不同的风格中，可以发现他们的共同之处。
那就是他们的独创力以及探求真理的精神。
狄拉克"于1928年以后四年间不顾玻尔、海森堡、泡利等当时的大物理学家的冷嘲热讽，始终坚持他的理论，而最后得到全胜，正合'风骨超常伦…；海森堡1925年夏在"雾中"摸索前进，"开创了一个摸索前进的方向"；写出了300年来物理学史上继牛顿《自然哲学的数学原理》以后影响最深远的一篇文章，"引导出了量子力学的发展"。
美与物理学观后感
美与物理学观后感引言美和物理学是两个互不相干的领域，前者涉及我们对事物的审美感受，后者则研究物质、力、运动等自然现象。
然而，在我深入学习物理学的过程中，我发现美和物理学之间存在着一种微妙的联系。
本文将探讨美与物理学之间的关系，并以个人的观后感进行述述。
美学与物理学的联系美学是一门研究审美的学科，而物理学则是一门关于自然界规律的学科。
尽管这两个领域看似没有太多交集，但当我们深入研究物理学，探索自然现象的规律时，我们不禁会对大自然的美丽和奥妙感到惊叹。
对称性与美物理学中的对称性概念是美学中的一个核心要素。
对称性在自然界中无处不在，无论是花朵、水晶、建筑物还是海浪，都呈现出各种形式的对称性。
物理学研究对称性的规律，而这些对称性的存在赋予了自然界独特的美感。
数学与美的奥妙物理学是一门数学工具重要的学科，数学在物理学中扮演着至关重要的角色。
数学的美感来源于它的简洁性、逻辑性和完备性。
而物理学中的数学模型则赋予了我们理解自然界的能力，从而将美学和数学联系在一起。
能量与美的共振物理学研究能量的传递与转化的规律，而美学关注的是物体所散发的能量带来的感受。
当我们欣赏一幅画作或是一首音乐时，我们往往会感受到其中蕴含的能量与情感，这与物理学所研究的能量规律相呼应。
美学和物理学都以能量为基础，它们共同带给我们情感上的满足。
个人观后感在学习物理学的过程中，我深深感受到美和物理学之间的联系。
物理学世界的规律和美学的审美感受并不是完全隔离的，它们相互影响、相互交织，共同构成了世界的奇妙之处。
通过学习物理学，我开始更加注重对自然界的观察和感受。
我发现，大自然中存在着各种形式的对称性，它们展现出一种纯粹而完美的美。
这种美让我感受到自然界的秩序和和谐。
物理学为我打开了一扇数学的大门，让我更加深入地理解了数学的美妙和重要性。
数学的逻辑性和严谨性给了我对事物的抽象思维和分析能力，使我能够更好地理解和欣赏艺术作品中的美。
在我学习物理学时，我也意识到能量的重要性。
《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。
读《美与物理》有感(优选.)
读《美与物理》有感物理学作为自然科学的基础学科之一，其中蕴含的科学知识不言而喻，同时物理中也包含许多美学的知识。
这似乎可以说明，美无处不在的，更说明，物理不仅仅是可以传达科学知识的学科，更是一个充满魅力的学科。
今天有幸再一次观看了中国科学院院士物理大家杨振宁教授《美与物理》的讲座，热血依然澎湃，其用诙谐的语言，生动的例子，丰富的个人经历，通俗易懂的方式给大家带来一场关于近代物理学发展、革命、变化、统一的视听盛宴，在杨教授传达物理科学知识的同时也让在座的同学们深切感受到了物理的内在美。
首先，杨教授向大家介绍了十九世纪的两大贡献，电磁学和统计力学。
在统计力学方面提及了诸如麦克斯韦、波尔兹曼、吉布斯、海森伯、奥本海默、狄拉克等物理大家,其中引用波尔兹曼的话：一个音乐家在听到几个音节以后，就能辨认出莫扎特、贝多芬或者舒伯特的音乐，同样一个数学家或物理学家，也能在念了几页文字后，就辨别出柯西、高斯、雅克比、亥姆霍兹、克尔期豪夫的工作。
杨教授解释到：不同的物理学者对于同一结构都会有不同的美与妙的感受，所以他们就会发展自己独特的研究方向和方法，形成自己独特的风格，产生独特的内在美。
接着杨教授通过大物理学家狄拉克和海森伯的故事进一步阐述出不同的人对物理学的研究有不同的风格和见解。
狄拉克是循着独特的、新的逻辑、无畏地前进；海森伯却是在雾里头摸索。
他们的文章也有相同和不同的地方。
相同的是，他们都可以出其不意，有极强的独创力，向一个前人没有想象的方向走；不同的地方是狄拉克的文章非常清晰、直接，他的文章没有渣滓，当你看了他的文章就会觉得这个领域已经没有什么东西可以做了，海森伯的文章是朦胧、绕弯、不清楚，文章有非常深入的见解，有错误的思想，若把他不对的地方改正，就做出很重要的贡献。
体现了不同的人不同的性格表现出物理学的内在美。
在谈到电磁学的发展过程时，杨教授用简单通俗的方式描绘了其发展历程。
从库仑最初做的实验，到19世纪安培、法拉第的唯象理论，接下来是麦克斯韦的麦克斯韦方程式，到赫兹发现的电磁波才逐渐形成了大家今天所知道的安培定律、法拉第定律，在其发展的每一步，每一个阶段都有不同的美。
美与物理观后感
美与物理学观后感《美与物理学》是一部非常优秀的影片，它给了我们一个全新的视角，以物理学的眼镜去审视美。
通过一系列精彩的切入物理学中的八大基本力，从结构性、动态性、空间性、层次性等几个角度，让观众深入到物理学概念之中，从中获得更加宏观的视角去发现世界的魅力。
影片中首先介绍了物理学的基本概念，包括斥力、引力、动量守恒、能量守恒、物质的性质以及它的物理特性，并深入到物理学的每一个角落，从宇宙的无穷尽头，到蚁群的众多智慧，再到地球上每一处细微的美。
从这些宏观与微观之间的相互关系，我们能够发现物理学的神奇与美丽。
由于物理学研究的范围如此广泛，影片最后提出，物理学的最终挑战是发现物理学的普遍原理，即解决象征智慧和自然之间最大的不解之谜：为什么物理学律如此坚强，能够以这么准确的方式世界的一切？通过影片的解说，我们可以看到，美与物理学的关系是十分微妙的，它能够从物理学研究中提炼出美的精髓，从而帮助我们更好地发现世界美妙的另外一面。
同时也让我们重新审视物理学，从物理学的角度能够发现大自然隐藏的一些细节，看到一切都是多么精巧与美妙。
《美与物理学》这部影片对于我们对物理学与美的理解起到了重要作用，它能够让我们用物理学的角度去审视美，而不是仅仅看到美的表面，让我们能够更好的理解与欣赏大自然的美。
另外，它也引起了我们对物理学的兴趣，看到了物理学的精妙与神奇，令我们对物理学有了更深入的认识。
总的来说，《美与物理学》是一部具有里程碑意义的影片，它能够让我们从物理学的视角去看待美，同时也使我们更好地理解物理学，从而开始探索普遍原理，也让我们走进了一个全新的领域，去探索它的真正意义与价值。
因此，我非常感谢《美与物理学》这样的影片，让我们对物理学的理解有了新的改变，让我们有机会从物理学的角度去发现世界的魅力。
美与物理学读后感
美与物理学读后感物理学是一门研究自然界中各种现象和规律的科学，它涉及到宇宙中所有的物质和能量，包括运动、力、热、光、声、电磁现象等。
而美是一种对人类感官的愉悦和享受，是一种审美的体验。
这两者看似毫不相关，但在我最近的阅读中，我发现了它们之间的奇妙联系。
在物理学中，我们学习了很多关于光的知识。
光是一种电磁波，它对我们的视觉产生了影响。
我们所看到的颜色、亮度、透明度等都是由光的特性决定的。
在物理学中，我们学习了光的折射、反射、色散等现象，这些现象在我们的日常生活中无处不在。
而这些现象也正是美的基础。
当光线穿过水晶玻璃，折射出五彩斑斓的光芒；当光线反射在湖面上，形成美丽的倒影；当光线穿过彩色的玻璃，产生绚丽的色彩。
这些都是物理学中光的特性所带来的美的表现。
此外，在物理学中，我们还学习了声音的传播和共振现象。
声音是一种机械波，它通过空气的振动传播到我们的耳朵中，产生听觉的感受。
而音乐正是声音的美的表现。
音符的高低、音量的大小、音色的变化，都是由声音的物理特性所决定的。
在音乐中，我们可以感受到音乐家们通过对声音的掌控和运用，创造出了美妙的乐曲，带给我们愉悦和享受。
物理学还涉及到了力的作用和运动的规律。
在自然界中，一切都在不断地运动着。
从微观的原子分子到宏观的星球行星，都在遵循着物理学的规律运动着。
而这种运动也正是我们所见到的美的表现。
在自然中，我们可以看到树木摇曳的舞姿、瀑布飞流的奔腾、星空中行星的轨迹，这些都是物理学中运动规律的体现。
而这种运动所带来的美，让我们感受到了自然的力量和魅力。
通过对物理学的学习，我深刻地体会到了美与物理学之间的联系。
物理学不仅仅是一门严谨的科学，它也是一门充满美的科学。
在物理学中，我们可以看到自然界中无穷无尽的美，感受到自然界中的神奇和奇妙。
通过对物理学的学习，我们可以更深刻地理解自然界的美，更加珍惜自然界的美。
因此，我对物理学的热爱也更加深厚了。
希望在未来的学习和工作中，我能够更加深入地探索物理学的奥秘，感受到更多来自自然界的美的魅力。
物理前沿讲座《杨振宁谈美与物理学》观后感
《杨振宁传》增订版是一部实在不可多得的好书，这部由生活、读书、新知三联书店出品，华中科大物理教授杨建邺撰写的杨振宁这位科学巨人的生平足迹，生动地描绘了这位科学伟人成长的过程以及从事科研工作的每一个片断和取得令人鼓舞的成就。
杨振宁对当代物理学的贡献，既是世界的，也是中国的，关于杨振宁的功业尽人皆知，相关文献、资料、风评俱在，在此，我只谈谈读这本书后的感受和感动！1957年，杨振宁与李政道因为“宇称不守恒”理论的贡献成为获得诺贝尔奖的中国第一人，从那个时候开始，他在科研之余大量地从事改变“中国人不如他人”的观念，而且毕生在做这项工作，他1999年后一直住在清华，亲手建立了清华高等研究院，广邀国内外顶尖的科学家来华讲学，带研究生，在国内各高校游说，以80多岁的高龄为科学兴邦奔走呼唤，其拳拳爱国之心和人文情怀令人景仰。
用香港中文大学校长陈方正的话说：“宇称不守恒”理论、“杨——米尔斯规范场理论”（应该再次获诺贝尔奖），都是理论物理的科研成果，如爱因斯坦的相对论一样，至今没有应用的意义，它的意义主要是思想和文化上的'。
的确，我们从杨振宁的著述、演讲中不难看出，他讲得最多的是科学发展史，科学家的故事以及当代科学领域的相互渗透以及相互作用，对人类未来发展的影响，是普通人听了都能领悟其中道理的东西，从而极大地激发了国人，特别是年轻一代爱科学、用科学的热情和氛围，这种影响对于一个国家和民族来说，是十分深远的。
杨振宁在晚年做了另一件惊世骇俗的大事，那就是与翁帆的爱情，他们年龄相差50多岁，对于这桩婚姻，人们对他的关注程度远远地超过了他获得的诺贝尔奖，说三道四的、辱骂的、嘲笑的，比比皆是。
现在9年过去了，回过头看，没有翁帆，就没有杨振宁的今天，也没有在清华“归根居”生活的10年的丰硕成果，也没有中国理论物理的蓬勃春天。
用新加坡电视台主持人曾月说过带哲理性的一段话：“一个人从年轻到老，敢于追求所爱，不管他所爱的是人、是物，还是真理，他都能够放开胸怀地去拥抱，而且升华成乐观前进的动力，这个人是绝对幸运的”。
自然辩证法美与物理学 杨振宁观后感
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美与物理学
美与物理学杨振宁【教学目标】知识目标：学会用研究和讨论的方法，解读文章丰富而深刻的内涵。
能力目标：学会用研究和讨论的方法，探究创新精神的内涵。
德育目标：学习科学家孜孜矻矻探求真理的精神，领略科学家石破天惊的创造才能。
【教学重点】1、学会用研究和讨论的方法，探究创新精神的内涵。
2、学习科学家孜孜矻矻探求真理的精神，领略科学家石破天惊的创造才能。
【教学难点】对课文中一些高科技名词、概念的理解。
【教学方法】这篇文章也是谈科学创新的有关问题的。
阅读这篇文章要了解科学家们孜孜矻矻探求真理的精神，领略科学家石破天惊的创造才能，欣赏到物理世界基本结构的非常之美、非常之妙，认识到创新的动力很大程度上来自对美的执着追求。
【课时安排】二课时。
【板书设计】【教学步骤】第一课时【教学要点】1、了解讲话稿的特点。
2、介绍作者，写作背景。
3、整体感知，理清文章的思路。
【教学过程】一、导语设计这篇文章也是谈科学创新的有关问题的。
阅读这篇文章要了解科学家们孜孜矻矻探求真理的精神，领略科学家石破天惊的创造才能，欣赏到物理世界基本结构的非常之美、非常之妙，认识到创新的动力很大程度上来自对美的执着追求。
（板书文题）二、作者简介杨振宁，西南联大毕业，美国芝加哥大学数学博士，历任美国普林斯顿研究所研究教授，现任美国石溪大学理论研究所所长。
安徽省合肥县人，民国十一年八月二十二日出生。
一九二八年就读厦门国小、一九三三年就读北平崇德中学、一九三八年插班昆明昆万中学高中二年级、一九四二年西南联大毕业、一九四四年西南联大研究所毕业、一九四五年在西南联大附中教学后赴美、一九四八年夏完成芝加哥大学博士学位一九四九年秋天普林斯顿大学研究、一九五七年获诺贝尔物理奖、一九五八年当选中央研究院院士、一九六五年应纽约州立大学校长托尔邀请筹备创立石溪分校研究部门、一九六六年离普林斯顿赴纽约州立大学石溪分校主持物理研究所，担任教授至今。
杨氏于一九三八年以高二的同等学历，考取当时由清华、北大、南开三个大学合并的西南联大的化学系，后来改念物理系。
美与物理学 【杨振宁】
美与物理学【杨振宁】十九世纪物理学最重要的两个贡献，一个是电磁学，一个是统计力学。
统计力学最主要的创建人是三个，一个是麦克斯韦，一个是波尔斯曼，一个叫做吉布斯。
其中波尔斯曼写过很多通俗的文章，我今天就从他的一段话来跟大家开始谈谈，他说一个音乐家在听到几个音节以后就能辨认出来莫扎特、贝多芬或者舒伯特的音乐。
同样一个数学家或物理学家也能在念了几页文字以后，就辨认出来柯西、高斯、雅可比、亥姆霍兹或者基尔霍夫的工作。
他的这段话我觉得很有意思，为了解释这段话，我曾经跟几个朋友讲这样几句，我说大家知道每一个画家、作家、音乐家都有他自己独特的风格。
也许有人会以为科学与文艺不同，科学是研究事实的，事实就是事实，什么叫做风格，要讨论这一点，让我们拿物理学来讲。
物理学的原理有它的结构，这个结构有它的美跟妙的地方，而各个物理学工作者对于这个结构的不同的美跟妙的感受有不同的了解。
因为大家有不同的感受，所以每一个工作者就会发展他自己独特的研究方向跟研究方法，也就是说他会形成他自己的风格。
那么这段话我希望在以下几十分钟给大家详细解释一下，为了做这件事情，我先给大家介绍两个二十世纪的大物理学家。
第一位叫做狄拉克，他是英国人，他是1902年出生，1984年过去的。
我带了一张片子，不过这个我想大家看不见，这是他在1969年从英国剑桥大学退休了以后到美国去，那么我们在斯坦福请他访问，那个时候我的一个喜欢照相的同事给他照的，这张相片我觉得照得很好。
狄拉克是一个非常有意思的人，他很少讲话，他讲话了你要听的话，他有他自己的思维方法跟他的逻辑。
我给大家只讲两个例子，第一个例子是他有一天在演讲，演讲完了以后，有一个学生说，狄拉克教授，我不懂你刚才所讲的这个理论，于是狄拉克就又解释了一下，解释完了以后那个学生说“狄拉克教授，你刚才讲的这个跟你以前所讲的每一个字都是一样的”。
狄拉克说“这不稀奇，因为这是最好的讲法”。
另外一个故事是他在普林斯顿的一个演讲，这个普林斯顿介绍他的教授在他演讲完了以后就说狄拉克可以回答你们的问题，就有一个学生说“狄拉克教授，你刚才那个方式三是怎么从方程式二演化出来的”？狄拉克不讲话，于是介绍他的人等了几分钟就说“狄拉克教授请你回答他的问题”，狄拉克说“他只讲了一句话，他没有问问题”。
高中物理杨振宁 演讲 美与物理学
美与物理学--杨振宁十九世纪物理学的三项最高成就是热力学、电磁学与统计力学。
其中统计力学奠基于麦克斯韦（J. Maxwell , 1831 - 1879）、波耳兹曼（L. Boltzmann , 1844 - 1905）与吉布斯（W. Gibbs , 1839 - 1903）的工作。
波耳兹曼曾经说过：一位音乐家在听到几个音节后，即能辨认出莫扎特（Mozart）、贝多芬（Beethoven）或舒伯特（Schubert）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（Cauchy）、高斯（Gauss）、雅可比（Jacobi）、亥姆霍兹（Helmholtz）或克尔期豪夫（Kirchhoff）的工作。
对于他的这一段话也许有人会发生疑问：科学是研究事实的，事实就是事实，那里会有甚么风格关于这一点我曾经有过如下的讨论：让我们拿物理学来讲吧。
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，对于这个结构的不同的美和妙的地方，有不同的感受。
因为大家有不同的感受，所以每位工作者就会发展他自己独特的研究方向和研究方法。
也就是说他会形成他自己的风格。
今天我的演讲就是要尝试阐述上面这一段话。
我们先从两位着名物理学家的风格讲起。
一、狄拉克狄拉克（P. Dirac , 1902 - 1984）是二十世纪一位大物理学家。
关于他的故事很多。
譬如：有一次狄拉克在普林斯顿大学演讲。
演讲完毕，一位听众站起来说：“我有一个问题请回答：我不懂怎么可以从公式（2）推导出来公式（5）。
”狄拉克不答。
主持者说：“狄拉克教授，请回答他的问题。
”狄拉克说：“他并没有问问题，只说了一句话。
”这个故事所以流传极广是因为它确实描述了狄拉克的一个特点：话不多，而其内含有简单、直接、原始的逻辑性。
一旦抓住了他独特的、别人想不到的逻辑，他的文章读起来便很通顺，就像“秋水文章不染尘”，没有任何渣滓，直达深处，直达宇宙的奥秘。
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。
美与物理学
美与物理学
物理学是关于研究物质的性质和其空间和时间之间的关系的科学，它深刻地影响着我们的世界，从人类的宇宙观到细微的生活习惯。
尽管它可能不会让我们赞叹，但它仍然是一个令人兴奋的课程，可以让我们更深入地理解这个世界，并受益于它。
同样，美也是一个深刻影响着我们的世界的概念。
美不仅体现在物质上，也体现在人们心中。
美可以定义为某种形式或模式以及其表现形式的完美结合，例如音乐和艺术。
当可以看到物质世界中的美时，例如某些全息图，我们就可以看到物质世界与无形的美的相互作用。
在讨论美和物理学的关系时，首先应该提到的是它们之间的显而易见的联系：物理学是解释物质世界的科学，而美是物质的形式完美结合的一种表现形式，这两者之间具有明显的联系。
其次，如果说美是学习物理学的动力，那么物理学也可以提供美一种更为深刻的理解。
显而易见的例子是观察宇宙，从星空到星球，每一个都受物理学的规律所驱动，这驱使人们欣赏它们的美，也让我们对形成它们的物理现象有更深的理解。
此外，物理学也有一些无法被可视化为审美之美的研究结果，如各种定律，例如牛顿力学，以及较新的研究成果，如量子力学。
物理学家不仅要研究它们，而且要在理解它们的运作机制上努力，最终使其形成可用于实践的定则。
因此，他们对物理学中的理论进行深入的研究并追求其精确性，是为了让形式确立，并使研究成果更加完善。
最后，可以说，没有美，人类的宇宙观就不会有太多的赞叹，更
不用说这是物理学这门学生研究的最深奥的部分，但是，如果没有物理学，我们依然可能会赞叹美的本质，但对它的理解却受到了限制。
因此，美与物理学完全可以被认为是相互交织的基本概念，他们相互包容并深深地影响着我们看待世界的方式。
物理学之美与物理学创造_眭平
第31卷 第7期2002年7月 中学物理教学参考Physics Teaching in M iddle Schools Vol.31 No.7J ul.2002教育研究专论物理学之美与物理学创造眭 平(广东省嘉应教育学院 514071) 谈到美学,人们很容易联想到自然美和艺术美等具体的感性上的美.而对自然科学领域中的科学美,大多数人则不易感受到,这是因为科学美与艺术美乃是两种不同形式的美.从美学的角度来分,美有两个各具显著特征的不同层次.一个是事物以其外在的感性形式所呈现的美,这种美是外在的、易感受到的,如美的自然景色,美的音乐,美的雕塑、绘画、建筑物以其形象、声音、色彩作用于人的感官,唤起那些观赏者主体内心中的和谐共鸣,产生美的享受.另一个是事物以其内在结构的和谐、秩序而具有的理性美,这是一种比较抽象的美,它虽然要通过感官接受外来事物的信息而反映到意识中去,但并不那么直接和迅速,它是外界信息所引起的一系列反应经过同构变换并被理性加工之后形成的美的映象,我们可称之为美的意识或美的观念.而自然科学中的科学美更多的表现是其理性之美.当然,在追求美的道路上,尽管人们在科学和艺术中领略到的美不尽相同,但其中还是有共性的.一位科学家说过:“科学家的灵窍,诗人的心扉,画家的慧眼,所感受到的都是同样的和谐,同样的优美,同样的富有韵律和节奏.”无论是科学家,还是画家、诗人、哲学家,都试图用不同的工具描绘出一幅尽可能简化的和容易理解的“世界体系(Cosmo s)”:画家用的是线条、色彩;诗人用的是文字;哲学家用的是概念和原理;而自然科学家则用的是逻辑和数学的“语言”.一物理学中的美,其实就是自然科学中科学美的重要组成部分.很早科学家们就懂得物理学中蕴含奇妙的美.1542年出版的哥白尼的伟大著作《天体运行论》中的第一句话就是“在哺育人的天赋才智的多种多样的科学和艺术中,我认为首先应该用全副精力来研究那些与最美的事物有关的东西.”哥白尼选择这样一句话来开始他的著作,表明了他是多么欣赏科学中蕴含的美.实际上,通观哥白尼的《天体运行论》全书,还会发现其它一些类似的段落也表现了他对天体物理学之美的赞赏和他那难以置信的精神上的愉快.近代以来,物理学家在他们的创造活动中追求物理学之美的表现是多方面的.如近代最伟大的物理学家牛顿,从统一性的美学角度就古典力学成功地进行了完美的综合.在牛顿之前,尽管开普勒的天文学和伽利略的动力学在各自的领域中都是优美和谐的,但又各有局限性,当把这两个方面的理论放在一起时仍然有不谐调之处.因此,物理学家希望在更大的范围内寻求一种优美统一的理论,使天上物体的运动和地上物体的运动有一种共同的、简单的描述.牛顿为此吸收了伽利略对运动的研究成果,得出动力学第一、第二定律;特别是他又从开普勒第三定律出发,进一步研究发现,使行星保持在它们各自轨道上的力的性质是相同的,力的大小同它们到旋转中心的距离的平方成反比.他用这个关系计算了月亮保持在自己轨道上所需要的力,并与地球表现的重力比较之后,发现它们符合得相当好.牛顿把这些研究结果总结归纳为物体之间万有引力相互作用的公式:F=Gm1m2r2,其中G是万有引力常量.具有这样广泛而深刻内容的力学定律只涉及三个参量:质量m,距离r和力F,这几乎是简单到了极点.而这正是开普勒的整个“宇宙”和谐运动和有秩序结构的原因,是形成我们的可观察宇宙的历史演化,并维持其现在图景的基本作用之一,也是伽利略自由落体定律的依据.牛顿对古典力学成功地进行了完美综合,这不仅是因为牛顿有追求理论和谐统一的动机,还在于他开辟了达到这种和谐统一的正确途径.实验物理学家法拉第一直致力于把自己获得的实验结果上升为法则和理论.他十分欣赏电磁力转换定律那“简单而又美丽”的公式,他在研究环绕磁极分布的电场线时,感到它如同环太阳运行的行星轨道一样,也表现出大自然和谐而又简单的设计,令人神往和迷惘.为此,法拉第一直期望能用这种观念把电磁理论建成一个和谐、统一的体系,尽管最终他没有成功,但当他读到比自己年轻四十岁的麦克斯韦用一组简洁的数学方程表述了他期望看到的统一电磁理论体系的论文时,法拉第欣慰而又略带惊奇地说:数学的魅力竟与此有这样密切的关系,实在令我吃惊,想不到数学有这样大的用处.麦克斯韦是一位擅长数学并喜欢诗歌的物理学家,他决定用数学方法来弥补这方面的问题.1860年麦克斯韦到伦敦拜会年逾七旬的法拉第,他的想法得到这位长者的鼓舞和支持.在以后的十多年中,他根据法拉第、库仑、安培、奥斯特等人由实验总结出来的电磁学定律,逐步建立了统一完美的经典电磁学理论,并以麦克斯韦方程组表示D iv E=QE0¹Div B=0ºRo t B=-9B9t»Ro t B=L0J+L0E09E9t¼麦克斯方程组最重要的意义是它揭示了电磁场的内在矛盾和运动.不仅电荷和电流可以激发电磁场,而且变化的电场和磁场也可以互相激发,并在空间中运动传播,形成电磁波.它从理论上预言了电磁波的存在,而且光波也是一种电磁波,电磁场可以独立于电荷之外存在,它是一种物质波.在这里,麦克斯韦所采用的方法也是理论物理学家十分欣赏的.英国著名的物理学家、量子力学的创立者之一狄拉克,在一次讨论现代物理学的国际会议上谈到理论物理学的方法时曾经说到:“随着对一个课题的知识的不断增加,依据大量的证据去工作时,人们就越来越多地转向数学程序,那时追求数学美成为一个潜在的动机.理论物理学家把对数学美的要求当做信仰的行为,它没有什么使人非信不可的理由,但过去已经证明了这是有益的目标.比如,相对论得到如此普遍的承认,其主要理由就在于它的数学美.”量子力学的另一位创始人薛定谔也很欣赏理论物理中的数学美,所以他后来同狄拉克的意见颇为投合.薛定谔建立的量子论的波动力学形式,目的就在于使量子论的运动方程同经典波动方程保持和谐,同时也受到德布罗意理论和相对论那种美的影响.后来物理学家证明,量子力学的三种表述形式:海森堡形式、薛定谔形式、狄拉克形式,都是等价的.他们以不同的数学工具描述微观粒子的运动规律,展示了不同特色的和谐美.物理学的和谐美不仅呈现于整体和局部结构的有机统一之中,而且还呈现在自然规律中的过去、现在和未来的因果链中.现代宇宙物理学把广义相对论和粒子理论、统计热力学结合起来,描绘了一套自洽的、可观测的宇宙演化过程.应该说,这个思想是发端于爱因斯坦和他所坚信的宇宙和谐论.爱因斯坦建立广义相对论的动机就是为了求得物理定律在更大范围内的统一,他根据自己的理论建立了静态的宇宙学方程,试图用物理学理论解决宇宙的总体结构和运动规律的和谐问题.二物理学之美到底包括哪些种类呢?从不同的角度来分类,会得到不同的结果.譬如,著名物理学家杨振宁通过归纳总结,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.现象之美,指的是从人类的直感来说.许多物理现象之美,如“彩虹”,当我们一看到就会脱口而出“美极了”.然而,还有许多美丽的实验现象只有训练有素的人才能观测到.例如,行星的轨道都是椭圆的,这是非常美的现象,当第一次发现这些轨道是完美的椭圆时,人们感到极大的喜悦.理论描述之美,指的是人类对自然界一些基本性质的理论描述之中所表现的美.如关于库仑力的规律就是一个漂亮的描述,它描述了先前不服从任何特殊定律的现象,而现在它们却服从了.热力学中的第一、第二定律也是对自然界某些基本性质的很美的理论描述,第一、第二定律的结论和对这些定律精确的观察是每一位学习热力学的人都很欣赏的课题.理论结构之美,指的是人类对自然规律从理论上提出的漂亮数学结构所表现的美.如前面谈到的麦克斯韦方程组、量子力学的表述形式,等等.从产生物理学的美感的起源来说,物理学之美应该是发源于物理学研究之中,它与物理学研究对象、物理学研究成果有着密切的关系.所以从这个角度来看,物理学之美可分为:物理学研究对象的美感、物理学理论的美感、物理学实验的美感和物理学常数的美感等.一是来自物理学研究对象的美感.这是物理学研究对象通过外观而表现出来的结构和谐引起观察者美的感受,这些感受包括物理学家眼里的粒子运动径迹、电场线、磁感线、电磁波等等.如果仅仅从通常人们欣赏自然美的眼光看来,这些对象可能并无特别的美感,但物理学家却感受到它们吸引人的美的特质.比如物理学家眼里的“银河美”不仅在于它十万光年的巨大尺度,它的有规则的旋涡结构,而且还在于它包含着无限生机的奇境以及它与我们生活的这个渺小地球的统一、和谐.二是来自物理实验的美感.这是由于实验指导思想的创造性、实验装置设计的新颖性和实验技术的艺术性,从而克服了种种困难,做出物理学上的重大发现或技术上的出色发明而使物理学家产生由衷的美感.实验物理学家迈克耳逊运用他设计的干涉仪把光栅的分析能力提高了一个数量级,和莫雷一起进行了“以太漂移实验”,成为狭义相对论思想的实验基础之一.爱因斯坦称赞他说:“我总认为迈克耳逊是科学中的艺术家.他的最大乐趣似乎来自实验本身的优美和所使用方法的精湛.”三是来自物理学理论和物理学公式的美感.一种科学理论如果能以尽可能少的基本假设、运用明晰而严密的逻辑推演出具有普遍深远含义的结论,得出简单、对称的方程、公式,做出精彩的科学预言,这种理论就被科学家认为是美的.按照英国古典美学家哈奇逊的说法,这样的理论是美在“多样性中的统一”.许多科学家和美学家认为牛顿的万有引力定律具有不容忽视的理论美的特征,即从一个理论可得出大量的推论并能为观测所证实.泡利评价海森伯的矩阵力学是量子理论“破晓时分的朝霞”.科学界更多的人赞美爱因斯坦的广义相对论是一个“漂亮的理论”.四是来自物理常量的美感.任何一个物理常量的发现都为物理学的发展打开了一个丰富多彩的新天地.物理常量是揭开自然规律的关键,给物理学家的感觉像闪闪发光的金钥匙.狄拉克曾经尝试把几种自然常量适当组合得出一些无量纲的“大数”,他发现,这些大数有惊人的和谐关系.物理学中有诸多的物理常量,如G、D、e、c、h……,这些常量当中的每一个都可以引出一连串令人神往的美妙故事和传奇般的历史.沉思一下可知,这种美妙的感受来自对自然界和谐结构的理解.若从物理学的哲学角度来探讨物理学之美,那么,它可以包含在以下几个方面:一是物理学的美在于它发现隐含的真理,在于它发现普遍的真理.这是18世纪著名英国美学家哈奇逊的观点,同时也是英国哲学家弗兰西斯・培根的观点.哈奇逊说:“科学理论有一种不容漠视的美,就是可以从一个科学理论容易地推出大量推论……当人们研究自然界的时候,对某些重大原理的认识就具有这种美,从这些原理中可以引出无数的推论.牛顿的公式中的引力就是这样.”爱因斯坦创立的广义相对论之所以优美,也是因为它揭示了一个“隐含的真理”:两对一直被认为完全无关的概念,原来是相互联系的,它们就是空间和时间的概念,物质和运动的概念.二是物理学的美在于它发现自然界中的和谐.物理学家米格达尔说:“物理学的美在于它逻辑结构的合理匀称和相互联系的丰富多彩.在核对结果和发现新规律中,美的概念证明是非常宝贵的;它是自然界中存在的‘和谐’在我们意识中的反映.”开普勒在发现行星运动的定律以后,由于看到了自然界呈现出来的和谐之美而激动万分.海森堡在创立量子力学矩阵理论的过程中,面对“量子力学在数学上的一致性和条理性”所呈现出来的和谐产生了深切的美感.三是物理学的美在于它发现自然界存在的简单性.爱因斯坦以为:“有可能把自然规律归结为一些简单的原理;评价一个理论是不是美,标准正是原理上的简单性,不是技术上的困难性.”事实上,爱因斯坦的质量能量关系式E=mc2,普朗克的能量与频率的关系式E=h M,牛顿的万有引力定律和库仑的电荷静电相互作用定律等,都是用极其简单的形式表达了理解起来却那么复杂的自然界的规律,难怪人们都赞叹这些定律的优美.三显然,物理学美的形式和内容是多方面的,而且物理学美的特点与艺术美的特点既有所相同,也有所不同.但物理学之美更主要的还是反映在理性之美,反映在内容与形式美的相结合中.这种美主要表现为对自然界或反映自然界运动规律的科学理论、科学成果在结构上的理解和欣赏.物理学家理解了它们结构的完满性、系统性和秩序性,这种有机统一的、有规律的自然图景同审美者对于大自然和对于物理学研究的真诚热爱之情达到“情景交融”的和谐心理状态,就会产生美的感受.在这样的反映方式中,就其来源上说,美是来源于客观的审美对象,来源于审美主体的物理学探索.但是,就具体的审美过程来说,理性美不是审美对象的感性直观.感性形式在这种方式中只是起物质信号作用,而审美主体在物理科学探索中逐步形成的理性观念对美的发现和美的感受起了关键的作用.对于物理学产生的理性美感,主要靠的是抽象思维,但也离不开形象思维.综合上述讨论,可把物理美的特点概括为以下四点:独创性.物理科学界非常注重独创性,因为只有通过或大或小的具有独创性的科研成果,物理科学才能进步.重述和解释已有成果的作法,一般只能起到普及和宣传的作用,而无助于物理科学知识的积累.独创性的理论成果能给人以新奇美.统一性.客观世界是统一的,作为描述和揭示客观世界的现象和规律的物理科学也是统一的.一部物理学史,实际上也就是由分化到统一,再分化,再统一的历史.因此,追求物理理论的统一性,也就成为物理科学大师们坚定不移的信念和始终不渝的目标.物理科学的统一性显示出一种崇高美,诚如爱因斯坦所说:“从那些看来同直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性,那是一种壮丽的感觉.”和谐性.和谐性主要表现为物理理论的内容协调、自洽和形式匀称,而且与其他知识体系也是相容和一致的.理论的各部分以及各种理论之间的和谐、它们的形式对称、它们的巧妙平衡,无疑都能给人以美感.物理科学的和谐性显示出物理科学的和谐美.简单性.物理科学的简单性从古代的自然哲学家以及近代和现代的物理学家永不休止的追求中得到了充分的体现.开普勒三定律、牛顿力学体系、麦克斯韦方程组、爱因斯坦相对论等理论都充分显示了这一特点.物理学之美的本质是简单性,简单性显示了物理科学的质朴美.四至此,我们清楚地看到,物理学的美不仅存在,而且物理学家的美感在他们进行科学创造的关键阶段也起着重要的作用.其实,这并不难解释,因为物理学家所探索的大自然的和谐、统一性本身就是一种固有的美.所以,探索这种美、渴望看到这种先定的美,就成为物理学创造活动中无穷毅力和耐心的源泉之一.科学家彭加勒就认为:“科学家研究自然界是因为它的美激起了科学家的热爱之情,这才产生了科学活动和整个人类生活.如果自然界不美,也就不会有科学活动.”彭加勒在这里所说的美,指的是什么呢?他说:“我的意思是说那种深奥的美,这种美在于各个部分的和谐秩序,并且只有纯理智才能够把握它.正是这种美使物体也可以说使结构具有让我们感官满意的彩虹一般的外表.没有这种支持,这些倏忽即逝的梦幻之美结果就是不完美的,因为它是模糊的,总是短暂的.”爱因斯坦认为:人类从事科学探索的动机有三种类型,一种人爱好科学是因为科学研究给了他们超乎常人的智力之上的快感,科学是他们自己的特殊的娱乐,他们在这种娱乐中寻找生动活泼的经验和雄心壮志的满足.第二种人是为了纯功利的目的.第三种人思想比较复杂而且特别,从消极的方面说,他们似乎是为了在科学的殿堂里避开私欲和尘世的宣嚣,进入一种客观知觉和思维的世界;从积极的方面说,他们出于一种征服、描绘未知世界的好奇心.按照爱因斯坦的看法,这第三种科学家是最难能可贵,也是素养极高的科学家,他们用一种审美的眼光透视自然界,常常为自然界永恒的和谐而陶醉,为描述这种和谐而从事充满激情的探索.在整个物理学发展史上,具有第三种探索动机的物理学家往往取得了更大的成功,如牛顿、麦克斯韦、爱因斯坦、霍金等.事实上,许多物理学家把追求科学美的情感发展成为深厚的哲学信仰,这种信仰成为他们自然观的重要组成部分.这使他们在思考科学问题时,思路有巨大的开放性和扩展性,并激励他们为达到理想的目标而进行艰辛的、不懈的努力.爱因斯坦说:“要是不相信我们的理论构造能够掌握实在,要是不相信我们世界的内在和谐,那就不可能有科学.这种信念是并且永远是一切科学创造的根本动力.”在爱因斯坦那里,大自然统一和谐这种美感已经升华为一种哲学信仰.正是这种采取坚定信念形式的美感,激起他强烈的探索动机,给他带来无穷无尽的探索力量和智慧.物理学家霍夫曼指出:“爱因斯坦的方法,虽然以渊博的物理学知识作为基础,但在本质上,是美学的、直觉的.我一边同他谈话,一边盯着他,我才懂得科学的性质.要是只读他的著作,或者仅仅读其他伟大的物理学家、哲学家和科学史家的著作,那是不大可能理解科学性质的.他是牛顿以来最伟大的物理学家,他是科学家,更是个科学的艺术家.”那么,物理学家的美感在创造活动过程中又是怎么样起作用的呢?可以说物理学家就好像生活在两种环境(一方面是某些已知的原理、定律和机制,另一方面是事实)之中.事实迫使物理学家猜测可能有新的原理、定律或机制,并且相信它们是存在的,只是现在还不知道.所以,进行创造性活动的物理学家,一方面脑际萦回着那些已有的东西,同时又对他要探索的东西抱有一定的现实感.在这种情况下,由多种方式熏陶起来的美感就成了物理学家进行探索的智慧源泉之一.正像上面谈到的,美感可以唤起一个人到未知领域去进行探索的欲望,同时又可以指导一个人怎样去进行这种探索,就是说把上述种种科学美作为准则,运用想象力大胆提出各种新的概念和思想.相反,如果用刻板的逻辑思维的眼光去审察,它们好像就是不可思议的了.的确,物理学的发展史正是这样一部追求和谐、统一的长卷.后代的科学家被前辈人展示出来的和谐、统一的图景所吸引、所鼓舞,攀登到前人的立足点上,站在前辈巨人的肩膀上,这时,他们站得更高了,也看得更远了.原先早已欣赏过的那幅和谐、统一的图景,被更为壮丽的新图景所取代,虽然他们原先的所见并非虚构,但是它已逐渐溶入更广阔的场面中.这些新的发现,进一步唤起了人们的自信心,尽管前方的道路更险峻、更困难,但人们继续进取的愿望却更强烈.因为人们相信,未知世界比眼前的世界更美,更值得探索.只有创造了美的人才能真正享受到美.而要创造美,则必须付出更艰巨的劳动,一旦新的境界由迷茫不清变得清晰可辩,探索者就会有豁然开朗的感觉.德国物理学家亥姆霍兹说:“我欣然把自己比作山间的漫游者,他不谙山路,缓慢吃力地攀登,不时要止步回身,因为前面已是绝境.突然,或者是由于念头一闪,或是由于幸运,他发现一条新的通向前方的蹊径.”一旦自然界的秩序和韵律为我们的大脑所领悟,原来的那种神秘就转化为和谐的美感.可见,美学素养对于物理学家来说是非常重要的,它能给物理学家带来科学创造的灵感和智慧.因此,物理学家在艰苦探索科学的道路上,非常注重自己的美学素养的培养,从认识系统的结构关系的形式上,达到主客观的和谐,提高科研劳动的效率,增强科技创造素质.在这里,科学家的科学创造活动和美学素养的提高之间的有机联系,对于我们培养思路广阔的创造型科技人才,很富有启发意义.参考文献1.许良英等译.爱因斯坦文集(1、3).上海:商务印书馆,19792.宁平治.杨振宁演讲集.天津:南开大学出版社,19923.瓦尔特尔.科学世界图景中的自然界.上海:上海人民出版社,19874.张相轮等.科学技术之光.北京:人民出版社, 19865.眭平.科学家、艺术、体育.现代化杂志,1992 (11)第31卷 第7期2002年7月 中学物理教学参考Physics Teaching in M iddle Schools Vol.31 No.7J ul.2002教育研究专论观摩“优质课评选”活动后的思考王锡猷(江西省上饶县中学 334100) 最近,笔者有幸担任上饶市“高中物理优质课评选活动”评议组的组长.十二个县市几经遴选产生的十四位教师逐一登台示教,课题都是“平抛物体的运动”,两天赛期中,优课纷呈,高潮迭起.课后笔者又与参赛教师和听课学生进行了交流,深感观摩有得,受益匪浅.但也有一些问题带有共性,值得思考.大多数教师都以“物体做曲线运动的条件”来导入新课.先引导学生理解研究平抛物体运动的方法——运动的分解,接着就学生已有的知识从理论上推导水平、竖直两分运动的性质,继而通过演示实验和分析频闪照片来验证结论.再分析总结平抛物体运动的位移、速度规律,最后是例题与习题教学.十四位教师都演示了自制的多媒体课件.从回答问题和板演习题看,大部分学生都能理解、掌握并运用平抛物体运动的规律解答问题,评委们比较普遍的印象是“教学效果良好”.在交流中,任课教师和听课学生也提出了一些问题,并形成了教育观念的争议.一、教学的重点应放在哪里?不少教师把本节课的教学重点放在平抛物体运动的规律及其应用上,两个分运动性质的研究和验证则一语带过,在应用规律时却补充了大量的例题和习题.他们认为,理论上的研究和实验的验证是为规律服务的,只有这样,认知目标才能落实,学生才能熟练地掌握和应用这些规律解答问题.但也有一些教师是前“重”后“轻”,在研究和探索平抛运动及两个分运动的性质上不厌其烦.他们也是从曲线运动的条件出发,却引导学生去发现和总结“物体运动状态取决于什么”的问题.怎样去研究平抛物体运动的性质和规律呢?当然是“化曲为直”,将运动分解了,这就很自然地应用了本章前两节的铺垫知识.接着他们又在“分解成哪两个方向来研究”上大做文章,让学生知道“哪两个方向”是根据问题的需要而确定的.为了使平抛运动的研究更简捷,则应将其分解成水平、竖直两个方向的分运动,这两个方向的分运动性质也由其初始条件和受力情况来决定,水平方向不受力只有初速度,竖直方向无初速度只受重力,故分运动性质就一目了然了.由理论分析得到结论后,又着重引导学生探索如何用实验来验证此结论,他们不但成功地演示了教材中要求的双球落地实验,还运用“平抛运动分解仪”来验证这个结论.最后让学生对频闪照片进行探索和讨论,看每一个小组的同学发现了什么规律.这些内容用去了近半个小时,至于规律和例题的教学,则放手让学生自学了十分钟.从学生的回答问题和板演习题看,教学效果也不错.教学的重点应放在哪里?高中物理教学大纲(试验修订版)指出“物理知识在现代生活、社会生产、科学技术中有广泛的应用.物理学的研究方法对于探索自然具有普遍意义”;“教学中要重视概念和规律的建立过程”;“课堂教学的重点应当放在对概念和规律的理解上”.我们再看看目前世界上物理教学水平先进的匈牙利,其中学物理教学大纲提出:物理学不仅应教给学生一些广泛应用的原理,更重要的是传播科学家的思想,教给学生探索方法.他们认为教学目标的重点不在具。
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。
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第25卷 第1期2003年2月武汉理工大学学报・信息与管理工程版JOU RNAL O F WU T(I N FORMA T I O N&MANA GEM EN T EN G I N EER I N G)V o l.25N o.1 Feb.2003文章编号:1007-144X(2003)01-0001-05美与物理学杨振宁(美国纽约州立大学理论物理研究所)摘 要:从19世纪物理学的热力学、电磁学与统计力学的3项最高成就的历史回顾中,论述了大物理学家狄拉克、海森伯各自成就的特点和风格,进而阐述了几位大物理学家爱因斯坦、玻尔、海森伯、薛定谔、狄拉克等在物理学中的地位和贡献以及物理学与数学的关系,指出了美与物理学的内在联系。
实验、唯象理论、理论构架是由表面向深层的发展,表面有表面的结构,有表面的美,由表及里的唯象理论显示出了深一层的美,再进一步地研究就显示出了极深层次的理论架构美。
对于物理学中不同美与妙的地方,各个物理工作者有不同的感受,因而就发展成为各自独特的研究方向和研究方法,形成自己的风格。
关键词:物理学;狄拉克;海森伯;研究与发展;特点与风格中图法分类号:O4-09 文献标识码:A 19世纪物理学的3项最高成就是热力学、电磁学和统计力学。
其中统计力学奠基于麦克斯韦(M axw ell J,1831～1879)、波耳兹曼(Bo ltz m ann L,1844～1905)与吉布斯(Gibb s W,1839～1903)的工作。
波耳兹曼曾经说过:“一位音乐家在听到几个章节后,即能辨出莫扎特(M ozart)、贝多芬(B eethoven)或舒伯特(Schubert)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(Gauchy)、高斯(Gau ss)、雅可比(Jacob i)、亥姆霍兹(H el m ho ltz)或克尔斯毫夫(K irchhoff)的工作”[1]。
对于他的这一段话也许有人会发生疑问:科学是研究事实的,事实就是事实,那里会有什么风格,关于这一点我曾经有过如下的讨论:让我们拿物理来讲吧。
物理学的原理有它的结构,这个结构有它的美和妙的地方。
而各个物理学的工作者,对于这个结构的不同的美与妙的地方,有不同的感受。
因为大家有不同的感受,所以每位工作者就会发展他自己独特的研究方向和研究方法,也就是说他会形成他自己的风格[2]。
1 狄拉克的风格狄拉克(D irac P,1902～1984)是20世纪一位大物理学家。
关于他的故事很多。
比如:有一次狄拉克在普林斯顿大学演讲。
演讲完毕,一位听众站起来说:“我有一个问题请回答,我不懂怎么可以从公式(2)推导出来公式(5)”。
狄拉克不答。
主持者说“狄拉克教授,请回答他的问题。
”狄拉克说:“他并没有问问题,只说了一句话。
”这个故事所以流传极广是因为它确实描述了狄拉克的一个特点:话不多,而其内含有简单、直接、原始的逻辑性。
一旦抓住了他独特的、别人想不到的逻辑,他的文章读起来便很通顺,就像“秋水文章不染尘”,没有任何渣滓,直达深处,直达宇宙的奥秘。
狄拉克最了不起的工作是1928年发表的两篇短文,写下了狄拉克方程[3]:(p cΑ+m c2Β)7=%7(1) 这个简单的方程式是惊天动地的成就,是划时代的里程碑,它对原子结构及分子结构都给予了新的层面和新的极准确的了解。
没有这个方程,就没有今天的原子、分子物理学与化学。
没有狄拉克引进的观念就不会有今天医院里通用的核磁共振成像(M R I)技术,不过此项技术只是狄拉克方程中的一项极小的应用。
狄拉克方程“无中生有,石破天惊”地指出为什么电子有“自旋”(sp in),而且为什么“自旋角动量”是1 2而不是整数。
初次了解此中奥妙的人都无法不惊欢其为“神来之笔”,是别人无法想到的妙算。
当时最负盛名的海森伯(H eisenberg W, 1901～1976)看了狄拉克的文章,无法了解狄拉克怎么会想出此神来之笔,于1928年5月3日给泡收稿日期:2002-10-08.作者简介:杨振宁(1922-),男,安徽合肥人,1957年诺贝尔物理学奖获得者,美国国家科学院院士,中国科学院外籍院士,中国台北中央研究院院士,俄罗斯国家科学院院士,英国皇家学会外籍会员.2武汉理工大学学报・信息与管理工程版2003年2月利(Pau liW,1900～1958)写了一封信描述了他的烦恼:“为了不持续地被狄拉克所烦扰,我换了一个题目做,得到了一些成果”。
(按:这成果是另一项重要贡献,即磁铁为什么是磁铁)[4]。
狄拉克方程之妙处虽然当时立刻被同行所认识,可是它有一项前所未有的特性,叫做“负能”现象,这是大家所绝对不能接受的。
狄拉克的文章发表以后3年间关于负能现象有了许多复杂的讨论,最后于1931年狄拉克又大胆提出“反粒子”理论(T heo ry of A n ti p articles)来解释负能现象。
这个理论当时更不为同行所接受,因而流传了许多半羡慕半嘲弄的故事。
直到1932年秋安德森(A nderson C D,1905～1991)发现了电子的反粒子以后,大家才渐渐认识到反粒子理论又是物理学的另一个里程碑。
20世纪的物理学家中,风格最独特的就数狄拉克了。
我曾想把他的文章的风格写下来给我的文、史、艺术方面的朋友们看,始终不知如何下笔。
去年偶然在香港大公报大公园一栏上看到一篇文章,其中引了高适(700～765)在《答侯少府》中的诗句:“性灵出万象,风骨超常伦”。
我非常高兴,觉得用这两句诗来描述狄拉克方程和反粒子理论是再好没有了。
一方面狄拉克方程确实包罗万象,而且“出”字描述狄拉克的灵感尤为传神;另一方面,他于1928年以后4年间不顾玻尔(Bob r N,1885～1962)、海森伯、泡利等当时的大物理学家的冷嘲热讽,始终坚持他的理论,而最后得到全胜,正合“风骨超常伦”。
而什么是“性灵”,这2个字联起来字典上的解释不中肯。
若直觉地把“性情”、“本性”、“心灵”、“灵魂”、“灵感”、“灵犀”、“圣灵”(Gho st)等加起来似乎是指直接的、原始的、未加琢磨的思路,而这恰巧是狄拉克方程之精神。
刚好此时我和香港中文大学童元方博士谈到《二十一世纪》1996年6月号钱锁桥的一篇文章,才知道袁宏道(1568～1610)和后来的周作人(1885～1967)、林语堂(1895～1976)等的性灵论。
袁宏道说他的弟弟袁中道(1570～1623)的诗是“独抒性灵,不拘格套”,这也正是狄拉克作风的特征。
“非从自己的胸臆流出,才肯下笔”,又正好描述了狄拉克的独创性!2 海森伯的风格比狄拉克年长1岁的海森伯是20世纪另一位大物理学家,有人认为他比狄拉克还要略高一筹[5]。
他于1925年夏天写了一篇文章,引导出了量子力学的发展。
38年以后科学史家库恩(T,1922～1996)访问他,谈到构思那个工作时的情景,海森伯说:爬山的时候,你想爬某个山峰,但往往到处是雾…你有地图,或别的索引之类的东西,知道你的目的地,但是仍堕入雾中。
然后…忽然你模糊地,只在数秒种的功夫,自雾中看到一些形象,你说:“哦,这就是我要找的大石”。
整个情形自此而发生了突变,因为虽然你仍不知道你能不能找到那块大石,但是那一瞬间你说:“我现在知道我在什么地方了。
我必须爬近那块大石,然后就知道该如何前进了”[6]。
这段谈话生动地描述了海森伯1925年夏摸索前进的情形。
要了解当时的气氛,必须知道自从1913年玻尔提出了他的原子模型以后,物理学即进入了一个非常时代:牛顿(N ew ton I,1642～1727)力学的基础发生了动摇,可是用了牛顿力学的一些观念再加上一些新的往往不能自圆其说的假设,却又可以准确地描述许多原子结构方面奇特的实验结果。
奥本海默(Oppenhei m er J R,1904～1967)这样描述这个不寻常的时代:“那是一个在实验室里耐心工作的时代,有许多关键性的实验和大胆的决策,有许多错误的尝试和不成熟的假设。
那是一个真挚通讯与匆忙会议的时代,有许多激烈的辩论和无情的批评,里面充满了巧妙的数学性的挡架方法”。
“对于那些参加者,那是一个创新的时代,自宇宙结构的新认识中他们得到了激奋,也尝到了恐惧。
这段历史恐怕永远不会被完全记录下来。
要写这段历史需要有像奥迪帕斯(O edi p u s)或写克伦威尔(C romw ell)那样的笔力,可是由于涉及的知识距离日常生活如此遥远,实在很难想象有任何诗人或史家能胜任”[7]。
1925年夏天,23岁的海森伯在雾中摸索,终于摸到了方向,写了上面所提到的那篇文章。
有人说这是300年来物理学史上继牛顿的《数学原理》以后影响最深远的一篇文章。
可是这篇文章只开创了一个摸索前进的方向,此后两年间还要通过玻恩(Bo rn M,1882～1970)、狄拉克、薛定谔(Sch rodinger E,1887～1961)、玻尔等人和海森伯自己的努力,量子力学的整体架构才逐渐完成[8]。
量子力学使物理学跨入崭新的时代,更直接影响了20世纪工业发展,举凡核能发电、核武器、激光、半导体元件等都是量子力学的产物。
1927年夏,25岁尚未结婚的海森伯当了莱比锡(L ei pzig)大学理论物理系主任。
后来成名的布洛赫(B loch F,1905～1983,核磁共振机制创造者)和特勒(,1908～,“氢弹之父”,我在芝第25卷第1期杨振宁:美与物理学3加哥大学时的博士学位导师)都是他的学生。
他喜欢打乒乓球,而且极好胜。
第一年他在系中称霸。
1928年秋自美国来了一位博士后,自此海森伯只能屈居亚军。
这位博士后就是大家都很熟悉的周培源。
海森伯所有的文章都有一个共同特点:朦胧、不清楚、有渣滓,与狄拉克文章的风格形成鲜明的对比。
读了海森伯的文章,你会惊叹他的独创力(o riginality ),然而会觉得问题还没有做完,没有做干净,还要发展下去;而读了狄拉克的文章,你也会惊欢他的独创力,同时却觉得他似乎已把一切都发展到了尽头,没有什么再可以做下去了。
前面提到狄拉克的文章给人“秋水文章不染尘”的感受,海森伯的文章则完全不同,二者对比清浊分明。
我想不到有什么诗句或成语可以描述海森伯的文章,既能道出他的天才的独创性,又能描述他的思路中不清楚、有渣滓、有时似乎茫然乱摸索的特点。
3 物理学与数学海森伯和狄拉克的风格如此不同,主要原因是他们所关注的物理学内涵不同。
为了解释此点,请看图1所表示的物理学的3个部门和其中的关系:唯象理论(p henom eno logical theo ry )2是介乎实验1和理论架构3之间的研究;1和2合起来是实验物理,2和3合起来是理论物理,而理论物理的语言是数学。
图1 物理学的3个领域物理学的发展通常自实验1开始,即自研究现象开始。