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談物理學中的美論文
摘要：物理學家們對美的追求，極大地影響著物理學的進展。本文對物理學中處處蘊含的科學美做了論述。在教學中如果能指出科學美的存在就能使學生感受到科學美和激發他們學習的熱情。
關鍵詞：物理學；簡潔美；和諧美；對稱美；科學
美物理學是自然科學中發展最早最成熟的學科，是研究自然界現象和物質本質與規律的學科，早期的物理學被稱為自然科學，因此物理學是其它學科和現代技術的基礎。物理學不僅與哲學息息相關蘊含著豐富的哲學思想，而且到處體現出美的意境。縱觀物理學發展的歷史進程，物理學家們不僅在揭示自然界的奧妙，而且還在執著地探尋物理學中的美。物理學史沒得世界，物理學中的美體現在如下幾點：
1簡潔美
簡潔美是指以簡單、簡潔的方式把自然界各種復雜的現象所蘊含的規律表述出來。物理學中的知識、規律和理論體系都是科學家們用最簡潔的形式表述的，越是進階的形式越能給人美感。正如著名物理學家愛因斯坦曾說過：“真實的世界在邏輯上總是簡單的”。自然科學中的簡潔美并不是說要求內容及包含的現象簡單，而是要求所概括出來的理論框架簡潔。對于經典力學，因其以牛頓定律為基礎而創立的，所以由牛頓定律可以推導出所有的經典力學規律與結論。再比如電磁學是以Maxwell方程組為基礎創立的，因此從這組方程出發可以詮釋全部的電磁現象。由此可見簡單的公式概括了大量的內容，揭示了無比奧妙的物理規律。人們從發現摩擦生電開始經歷了二千多年，積累了大量的電磁知識，也發現了例如庫侖定律、安培定律、電磁場的高斯定理及安培環路定理等多種規律。如果把這些復雜的知識只是堆砌出來，那么就太繁瑣累贅了，更談不上有美感啦。而當19世紀初Maxwell以簡潔的方程組呈現在人們面前時才帶來了美的享受，這就是簡潔美。
2對稱美
對稱美是指整體各部分之間的對稱性。自然界中的許多現象包括生物體都有著對稱性，因為物理學是探索研究自然界的，所以物理學中的對稱美處處有所體現并有所應用，既有吸引與排斥、吸熱與放熱、電荷產生電場電流產生磁場、電磁互生等現象方面的對稱美；又有如諧振動與波動、萬有引力與庫侖定律、光的反射與衍射與等規律方面的對稱美；還有象Maxwell方程組、時空變換式等公式方面的對稱美。對稱性思想指導人們開辟新的研究方法，例如十九世紀隨著人們對物質結構的進一步研究，開始認識到對于結晶分子來說對稱性是其主要特征。結晶學家費多羅夫，把幾何體規則應用到研究晶體結構當中從而很好地解決了晶體學上的困難。近年來，物理學借助群論知識，搞清楚了守恒律與對稱性之間的關系。一個守恒律定律的存在往往基于某種對稱性，例如質能守恒定律實際上是由于時間平移對稱性而導致的。
3和諧美
和諧美是指科學理論的和諧、理論體系的邏輯自洽等。在微觀領域中，原子結構是一個和諧的世界，電子繞著原子核在核外作圓周運動，分子與分子之間存在著相互作用力。宏觀領域中，晶體是和諧美的代表，它是由多個平面按照一定原則排列起來形成的美麗和諧穩定的多面體。在宇宙領域中，數目繁多的各種星體在各自的軌道上做著有規律的運動，同時各種星體之間相互配合相互“關照”和平相處，如大家熟知的那樣月球和地球在做自轉的同時分別繞地球和太陽在做轉動。各種天體的運動進行得如此和諧，就像是在上帝的指揮下共同合奏著交響曲，真是奇妙無比令人感嘆。Maxwell方程組，把表征電場磁場的四個物理量聯系起來，更是和諧美的體現，由此建立的電磁學奠定了無線通訊技術的基礎。
4統一美
統一美是指理論體系的統一和真與美的統一。理論的統一就是要求理論體系的不同部分相統一。當今的物理學大廈是經過了好幾次大的綜合與統一才建立起來的。美的事物一定是真的，美與真必須統一。畢達哥拉斯學派在研究天體的運動軌道時，從沒的角度出發大膽假設天體運動軌道是圓的，也就是說在不知道“真”的情況下根據”美”來設定天體運動軌道。哥白尼提出的日心說，就是依據美與真相統一的觀點得出的結論。有的時侯美比真更重要，例如歷史上地心說占領了很長時間的統治地位，根據日心說和地心說分別制定的歷法幾乎沒有差別，據此很難判斷哪一個學說正確，由此哥白尼遭遇不公正的待遇，但日心說具有對稱性和統一性，這種科學美學思想在當時成為了評價這兩種學說的標準，因而有了哥白尼“推動”了地球的說法，由此可見科學美的作用。
5結語
物理學家們追求美的精神，對物理學的進展具有一定的影響。天才科學家愛因斯坦因為相信對稱美，以致提出著名的具有劃時代意義的相對論。他對和諧美更是堅定地相信，他說：“如果不相信我們世界的內在和諧性，那就不會有任何科學，這種信念永遠是一切科學創造的根本動力…”[1]。實驗學家法拉第因為相信對稱性，在奧斯特發現載流導線在其周圍產生磁場即電生磁之后，終于在十九世紀三十年代發現了磁生電現象，為電磁理論做出了舉足輕重的貢獻。量子論的鼻祖狄拉克相信統一美，把各自獨立的量子論和相對論統一起來，創立了相對論量子理論。物理學家們對美的追求，極大地影響著物理學的進展，物理學中處處蘊含著美。作為大學物理教師在教學中如果能指出科學美的存在，就能使學生感受到科學美并且激發他們學習的積極性。
參考文獻：
[1]馬麗芹.大學物理教學與科學美育教育[J].科技視界，2013（31）：132-133.
[2]楊慶余.物理學研究的美學精神[J].大學物理，2002，21(11)：37-41.
[3]宋琳.論科學美在科學發現中的作用[J].北京科技大學學報（社會科學版），2010，26(2)：140-144
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