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漫话物理美

人美、风景美、艺术美、音乐美、语言美……怎么会有物理美呢？

一般地说，美至少有两个各具特征的层次：一个是事物外在的感性形态美；

另一个是事物内在的结构和谐有序的理性之美。艺术美、环境美，主要突出美的形

象性和情感性，侧重于前一个层次，美感以形象思维为主；而物理美，既有感性形

态美，又有抽象的理性美。但物理美更多的是理性之美，美感以理性知识为基础、

靠抽象思维。

欣赏音乐美要有富于乐感的耳朵、欣赏造型美要有艺术的眼睛，要想感受到

物理美，不只是耳朵和眼睛，而是全部心灵。物理学家费尔德曾指出：“当你领悟

一个出色的公式时，你会得到如同听巴哈的乐曲一样的感受。”天体物理学家开普

勒一见到哥白尼的《天体运动论》一书后曾兴奋地说：“我以难以相信的欢乐心情

去欣赏它的美。”

一、物理美的基本特性

要欣赏物理美，首先要了解它的基本特性。物理美具有以下几个特性：

1、真理性。虚假的东西谈不上美，一切美都必须以真为基础。物理美首先体

现在物理学的理论和实验揭示了自然界的奥秘，反映出物质运动的客观规律，因

而才有美可言。

2、和谐统一性。神秘的太空中天体的运动，在开普勒三定律的描绘下，显出

多么的和谐有序。物理学上的几次大统一，也显示出美的感觉。牛顿用三大定律

和万有引力定律把天上和地上所有宏观物体的运动规律统一了。麦克斯韦电磁理

论的建立，又使电和磁实现了统一。爱因斯坦质能方程又把质量和能量建立了统

一。光的波粒二象性理论把粒子性、波动性实现了统一。爱因斯坦相对论又把时

间、空间统一了。

3、简洁明快性。物理美的简洁明快性，体现在物理规律的数学语言上。例如：

牛顿第二定律Fma,爱因斯坦质能方程Emc2,法拉第电磁感应定律。



n

t4、对称性。一般人的印象中,美首先表现为对称。这种对称一般

指物体形状的对称性，深层次的对称则表现为事物发展变化或客观规律的对称性。

大自然充分体现了对称性的存在。例如:各种植物的叶、花瓣、果实，各种动物、

人体的外形。在建筑设计方面,如天安门、赵州桥等等。都会给人以庄严肃穆,稳

定平衡,坚如磐石之美。各种几何图形，如圆、球椭圆、，双曲线、抛物线等等，

都体现出对称性。物理学中各种晶体的空间点阵结构具有高度的对称性。竖直上

抛运动、简谐运动、波动镜像对称、磁电对称、作用力和反作用力对称、正

粒子和反粒子、正物质和反物质、正电和负电、n极与s极等等都是。

5、预见性。正确的物理理论，不仅能解释当时已发现的物理现象，更另人赞

叹的是，它能预见当时无法探测到的的物理现象。例如麦克斯韦电磁理论预见电

磁波存在，卢瑟福预言中子的存在，菲涅耳的衍射理论预言圆盘衍射中央有泊松

亮斑，狄拉克预言电子的存在。

6、精巧性。卡文迪许扭称和库仑扭称十分精巧，简直堪称一种艺术珍品。而

旋转八面镜法测光速，其实该设计也十分的精巧。

二、牛顿力学中的物理美

牛顿是近代自然科学的鼻祖，他的传世杰作《自然哲学的数学原理》建立了

第一个科学的力学体系，充分体现了牛顿的物理美思想。主要体现在以下几个方

面：

1、牛顿把自然界中多种多样的物理抽象成理想模型：质点。从而使一个错综

复杂的自然界被简化为一个由无数质点组成的体系，物体之间的空间关系顿然显

得清晰可辨，充分体现了牛顿以简御繁的伟大才能和天才的构想。

2、世界万物不是孤立的，它们都处于相互影响和相互作用之中。牛顿把物体

之间相互作用定义为力，并建立了力作用的普遍规律：牛顿三大运动定律。运动

定律的建立，使复杂的物质运动，显出惊人的有序和和谐。

3、从苹果落地到万有引力定律的发现，使遥远的天体，神秘的太空，再次显

示出和谐有序。行星的运动，彗星的如期出现，海潮涨落，天体质量的测定，新

行星的发现，都在牛顿描绘下是如此的必然，从而破除了各种迷信和邪说。

4、牛顿不仅以最简的物理图象去描绘错综复杂的世界，而且还用最简洁的数

学语言构建了一个完整严密优美的逻辑体系。牛顿第二定律Fma和牛顿第三定

mm

律FF以及万有引力定律FG12是多么的简洁明了、严密