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。想必大家都曾经深受解决物理难题的痛苦，如果我们在解题中充分运用这一原理,可使好多问题,特别是选择题和填空题,不用复杂的计算,迅速求解。这样的原理难道不也是一种简洁美吗？它简化了我们解题的步骤，可是经过无数的试验与认证而得出的，其中包含的深刻理论知识可想而知。

2．物理中的统一美与奇异美

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, 通过这种联系和共性构成一个统一的理论体系, 这就是科学

美中的多样性统一美。

统一美是物理结构美的重要标志,在物理中一些表面看来不相同的概念、定理、定律, 在一定的条件下可以处于一个统一的系统中。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, 牛顿力学却能把所有物体的机械运动垢规律都统一起来;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。

自然界中的物体都有区别于其它物体的个性,这种个性往往闪烁着奇异美,

正如培根所说:“没有一个极美的东西不是在调和中有某种奇特!”科学的奇异美表现在两个方面,一是概念或结论的不同凡响惊人骇世;二是其表达的神奇奥妙令人折服。这里又要讲到E = mc2 这个关系式了，它告诉我们每单位物质都具有惊人的能量,而原子弹、氢弹则能释放出这能量, E = mc2 所表达的内涵的确给人以一种惊人骇世之感,这就是一种奇异美。

3.物理中的模型美与和谐美

物理源于客观实体, 但又高于客观实体, 物理是通过建立抽象的、可理解的模型来作为构造理论体系的基础,这些模型和理论分别具有模型美与和谐美。

例如物理中的电场线和磁感线是一类抽象模型,它们都是为形象描述客观实体电场和磁场性质所画出的具有一定规律并且颇具美感的线条,这些线条以美的形态把抽象的场变为能够被视觉感受到的模型,模型在体现模型美的同进也体现了电场和磁场的抽象美。除此之外，光滑平面、理想气体等理想模型也是美的，实验中的仪器、一些实体模型也都以其优美的造型，庄重的色彩给人以美感。

和谐美是指事物和现象的各种要素、各个部分、各个方面的协调有序、匀称流畅, 是具有多样化的特殊统一美。和谐美是理性地研究自然的基本思路, 自然界存在的和谐性是很多科学家固定的思想方式和研究方法, 并成为一种信念和追求。例如, 磁通量把本来并不存在的抽象物理模型———磁感线与描述客观存在的磁场强弱的物理量———磁感应强度有机的联系起来, 这就充分体现了和谐美的主要特征:协调有序和多样统一。再例如, 中学物理中理想气体的状态方程p1V1T1=p2V2T2, 就把玻意耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律在理想条件下统一起来, 这又是和谐美的匀称流畅、多样统一。

4. 物理中的状态美与过程美

物体的运动变化往往是连续的，在静态与动态的比较过程中，我们

可以体验到科学规律所体现的美感。

用牛顿运动定律及运动学规律可以求出某一瞬间的有关物理量,这些瞬间的量就构成了问题过程的细节, 所构造出的物理情景以其连续和谐的形式呈现出过程美。状态美则体现对定态量的定义和数量上的把握,动能、势能、动量等都是定态量,无论动量守恒、还是机械能守恒都体现了状态量对定态变化前后的一致和谐性,使物理的状态情景具有美感。

从状态、固定上把握物体,从过程、运动上掌握运动变化的规律,从定态和动态中理解体验物理情景的状态美与过程美,你将会有意想不到的收获。

5.物理中的结构美与对称美

物理概念和规律是从本质与现象、内容与形式的角度来揭示自然规律的。本质可以理性的说明现象,而形式的结构可以表达出本质内容的深刻内涵和广阔外延。对称美来源于自然界物质形态美及其运动图景所具有的广泛对称美，结构美通常都具有简单和谐性、对称相似性和深刻普适性。

物理学家劳厄曾把物理公式中极端精炼和庄严稳重的对称结构称之为“美学上真正完美的对称形式”。十分强调审美意识的物理学家狄拉正是由对称美出发,依据我们所处的物质世界提出了反物质的概念, 可见审美意识也是物理发现和创造的基础，同样物理中的审美意识有助于强化对物理概念和规律的理解。

这种美体现在物理的很多方面。比如，机械能守恒定律的表达式：mgh1 +1/2mv12 = mgh2 +1/2mv22，动量守恒定律的表达式：m1 v1 + m2 v2 +…= m1 v′1 + m2 v′2 + …,都具有平等庄重的对称美;。电场与磁场、波粒二象性、负电子与正电子也都具有内涵与外延的对称美。

美是人类创造性、实践性的产物, 也是人类文明的标志。物理学本身就是一个美的世界,蕴含着丰富的科学美,不管是哪一个概念还是哪一条规律, 都具有多种形式的科学美。

美是无边界的。物理学中的美是自然界客观真理与人的主观感受的和谐统一。物理规律很好地表现了科学美, 激发起了人类对物理科学的极大兴趣, 人们对物理学的研究也是对科学美的追求, 相信随着人们对科学的追求的不断发展, 大自然将会呈现出更加奇妙的美, 物理学也会再闪现出更加动人心弦的美。