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浅议物理学中的美学

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。

一、物理学的美表现在以下几个方面：

1.物理学发展过程中的精神美

在物理学发展的过程中，物理学家在探索物理学规律的艰辛旅程中，

一方面总是伴随着对美的热烈追求，另一方面又强烈的表现出他们精神上

的种种美德。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。

2.物理现象的自然美

中学物理涉及力、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;“阿波罗”登月成功，“嫦娥奔月”的传

说变成了现实美谈，“神五神六”畅游太空再次实现人类超载地球之梦;

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。

3.物体的运动美

宇宙中的一切物体都在永不停息的运动。物理学中声、光、电的传播，

电子的旋转，天体的运动等都体现出美的旋律。像直线运动表现的刚性美;

曲线运动表现出柔性美;匀速运动呈现节奏美;变速运动呈现出变化美。

4.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

方法和规律的表述方式也是简单的，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。正如著名的物理学家爱因斯坦所说：“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。

5.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。

6.对称美

动量守恒定律表达式

机械能守恒定律表达式

理想气体状态方程=等都具有平稳庄重的对称美。

对称性给人的美感是“圆满、均衡和协调”。人们这样描述对称性：

若图形通过某种操作（如时空坐标系的改变，尺度的放大和缩小）又回到

它本身，则这样的图形具有对称性。对称性的概念应用于物理，研究对象

不仅是图形，还有物理量和物理规律。从空间角度看，原子的核式结构、

晶体的空间点阵、磁体的两极是对称的;物体的上升下落，圆周运动是对

称的;物体的平衡、弹性形变、简谐振动具有对称性;平面镜成像、光与波

的反射、电磁场的力线分布更具有对称美。从时间角度看，行星的公转与

自转、理想单摆和简谐振动、波的传播都具有时间周期性的对称美。对称

性的美学意境引起很多科学家的心驰神往，从伽利略时代开始，物理学家

就把追求理论上的对称性作为一种有效的研究手法，并取得了成功。

7.新奇美

“新奇”也是物理美的特点。物理学发展到今天，无论是理论方面还

是实践方面都是硕果累累，新颖的发明创造和新奇的理论成果层出不穷。

象脉冲星、重轻子的发现;蒸汽机、激光器、电子对撞机的发明;牛顿力学

理论、麦克斯韦电磁学理论、爱因斯坦相对论的创立等等都是体现新奇美

的物理成就。尤其是物理理论提出的是关于自然界的新知识，具有独创和

新颖的特点，这正是其审美价值的所在。

二、物理学的美在教学中的作用

1.可激发学习兴趣、提高学习效率。

教学实践证明，学生学习的主动性与兴趣有密不可分的关系。审美感

作为构成意识行动的重要因素之一，能够转化为探索未知世界的巨大动力。

所以在教学中让学生感到物理现