物理中的美学 .pdfVIP

物理与美学

美的内涵是对能引起人们美感的客观事物的共同本质属性的抽象概括，其本质是审美

客体合目的性和合规律性的统一。美的存在是客观事物的一种表现，我们能够认识美的规律，

按照美的规律去创造美。而物理学是一门揭示物质存在与运动规律的自然科学。它科学地揭

示了自然规律,同时也展示了自然、人类与科学的艺术魅力。物理中有自然的美,也有科学和

艺术的美：第一，狭义的物理世界是自然界的一部分，这部分物理世界具有的美也是自然美

的一个组成部分。第二，人造的物理世界是人类发挥了自己的主观能动性，以美的规律创造

的物理世界，比如激光、无线电、计算机、超导、航天飞机等以及为了重复和模拟自然现象

而创造的实验条件，这一部分是物理学对人类提供的不朽的物质财富，它所产生的美感是自

然美所不能包含的；第三，物理学是人类为研究物理世界而创造的一门科学，它是人类认识

世界、改造自然的智慧结晶。而科学的本质是“真、善、美”，这种科学美，历来为科学大

师所推崇，法国数学家彭加勒曾说：“一个名符其实的科学家，尤其是数学家，他在自己的

工作中体验到和艺术家一样的印象。他的乐趣和艺术家的乐趣具有同样的性质，是同样伟大

的东西。”这种科学美在物理学中表现尤为明显，物理学所揭示的真理就是真与美的统一。

物理美学除了具备科学美普遍的特征外，还有自己独有的一些特性。物理美是属理性的美。

物理美应包含三部分：（1）自然物理现象的美；（2）物理创造的美；（3）物理学作为一门科

学的美—物理学美。

1.物理现象的自然美

物理涉及力、声、热、光、电、磁和原子物理等内容,物理现象千姿百态、美妙无穷。

如星移斗转、日夜交替、春秋轮回、物态互变等自然规律,因有序而美;光的反射与倒影、折

射与海市蜃楼、色散与彩虹、日食和月食都有奇异的美。人类在研究和应用物理方面创造的

辉煌成果,是美的精品。蒸汽机、发电机、激光器、电子对撞机的发明,步步促进人类生产、

生活和高科技的发展;众多的航天器和卫星正在全球通讯、气象观测、国防和科研等方面建

功立业;电磁技术、激光技术、能源开发技术突飞猛进;核电站、太阳能电站的相继林立充分

展示了物理前景无限美好。

2.物理规律的简洁美

简洁美是以简单、洁净呈现其美感，简洁美是科学美的特征之一。自然界的现象是错综复杂

的，然而自然界本身却是简单和谐的，因此研究的方法和规律的表述也是简单的，科学家们

用最精炼的语言，最少的符号，最简单的形式来表达知识。正如爱因斯坦所说：“真实的世

界在逻辑上总是简单的。”所以，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。例如：运动和力呈现出的关系“F=ma”如此简

明；质能方程E＝mc2，形式简单，内容却极其丰富；麦克斯韦方程组把复杂的电磁规律建

成一个简单对称的理论体系；被物理学家们争执了一百多年的“热”，却仅以十个字做了结

论：“大量分子的无规则运动。”仅仅十个字，真是简单科学!物理学中的理想模型更具有简

单美的特征。就如质点、单摆、理想气体、电磁场等，这些犹如一幅幅生动形象的简笔画，

把物体的特征和个性勾画得淋漓尽致，既简单又合理，既抽象又形象。

3.物理规律的和谐美

自然界本身是一个和谐的整体，支持其运行的自然规律也应具有和谐性和统一性。而以其为

研究对象的物理学必然会体现这一特性。爱因斯坦曾说过“如果不相信我们的理论结构能够

领悟客观实在；如果不相信我们的世界的内在和谐性，那就不会有任何科学。”和谐给人以

一种恰如其分、浑然一体、轻松自如的美感。物理的和谐美，是物理理论揭示自然界物质存

在、运动及其转化等规律整体上的和谐性而产生的美感。在微观领域中，原子世界是一个和

谐的世界，核外电子绕核运动，分子间存在相互作用力；在宏观领域，像晶体是一种典型的

有序的和谐结构，这种由若干平面围成的多面体具有规则的外形，其各个几何平面之间的夹

角固定不变；在宇宙领域，各种星系、各种天体尽管进行着复杂的运动，但在一般情况下各

种星体的运行轨道又是有规则的，如月球一边自转，一边还绕地球公转，旋转的速度和轨道

也几乎没有差错，宇宙太空各天体的运动配合得如此默契和谐，像是在合奏一首雄伟壮丽的

交响曲。科学家们追求着这种统一与和谐。他们将最初零散的物理知识有机地结合起来，建

立起物理学的基础后，再通过热力学与统计物理学的统一；电、磁规律的统一；时间与空间

的统一；物质与能量的统一；实物粒子与场等几次大的综合与统一，建立起如今的统一的物

理大厦。

4.对称美

对称美是指整体各部分之间的相称或对应