下载文档原格式
物理学中的美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。
由于科学理论的首要目的是表达人们发现的自然界中存在的和谐。
所以，我们一眼就能看到这些理论具有美学价值。
对于一个科学理论的成功与否的衡量，事实上就是对它的美学价值的衡量，因为这就是衡量它给原本是混乱的东西带来了多少和谐。
自然科学美的主体成分理性美，是自然界的固有结构与人的认识、人类心灵深处的渴望在本质上的吻合。
它是通过科学的理想化、抽象化，以概念、定理、公式、理论的方式显示出来的。
由历代物理学家所精心雕琢的物理学大厦，可谓是一座辉煌壮丽的科学殿堂。
它集诸种基本形式美与内容美于一体，不仅向人们提供了对物质世界规律性的认识，同时也把一种令人心旷神怡的美景奉献给了人类。
只要步入这个“和谐的宇宙”，就一定能使具有一定科学素养的人领略和体味到这种理性美。
物理学所描述的对象是非常广泛的，因而它的美也在多方面有所体现。
从浩瀚无边的宇宙到微观世界的基本粒子，无不是物理学家的研究对象；从星系到夸克，全部都遵循着基本的物理规律。
结合美学的基本原则以及科学美的评价和判断标准，我们可以从以下几方面来欣赏物理世界的美：物理学中的逻辑简单性；物理定律的内在对称性；物理规律的复杂整体性；物理原理的并协互补性；物理理论的普遍性；物理学中的延伸性。
一个科学理论体系，“首要的是它的前提的简单性”，“唯一事关紧要的是基础的逻辑简单性。
”表达物理规律的语言是数学，而且往往是非常简单的数学。
这也正是一种微妙的美。
2000多年来，“以严格的数学关系来表示自然界一切事物的简单性与和谐性”一直绵延不断地支配着物理学家的头脑，被后人称为“物理学之父”的阿基米德，从数学上证明了杠杆原理、浮力定律等，从而使他的静力学闪烁着数学美的曙光。
哥白尼的日心说体系，由于提供了用圆周运动和匀速运动解释天体现象的最简单、最经济的方案，使得天文学上的测算变得更加容易，并且在他巧妙的构思下，“宇宙里有一种奇妙的对称，轨道的大小与运动都有一定的和谐关系。
欣赏物理学之美自己收集整理的错误在所难免仅供参考交流如有错误请指正！谢谢欣赏物理学之美宁波市鄞州中学陈前一提到物理学我们就会想到爱因斯坦的那张照片：满头白发满脸皱纹（见图一）好象做科学的人只知道研究不懂得生活其实这个认识是片面的爱因斯坦不但在物理学上成就伟大而且他的小提琴演奏水平很高还能弹一手好钢琴在美学上也有独到的认识请看下面这幅照片（图二）这幅照片的名称叫dance这是哈勃望远镜铺获到的一场宇宙中的精彩"舞会"左边的"舞者"是较大的星系（ngc2207）"依偎"在旁的是较小的星系（ic2163）ngc2207的"吸引力"（强大的万有引力作用）使得ic2163"翩翩起舞"它"掷"出的气体、恒星形成约十万光年长的"彩带"这场"舞会"将在数十亿年后结束最后两个星系将成为"一体"这是形式美它的本质也是美的因为它们的作用遵守万有引力定律我们还可以预见它们的未来是怎样的再举一个例子英国的卢瑟福用实验证明了原子是由原子核与电子所构成原子核居中电子在外但原子的结构究竟是怎样的呢？最初认为原子的结构和太阳系相仿原子核就好比太阳而电子就像行星那样在各自的轨道上绕原子核旋转但与经典的电磁理论发生了矛盾：绕核运动的电子应该辐射出电磁波因此它的能量要不断减少电子绕核运动的轨道半径也会减小于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核这样看来原子应当是不稳定的而实际上原子是稳定的幸而不久迎来了量子力学对电子这样的微观粒子的行为作了完全不同的描述原来电子根本没有一定的位置也没有一定的运动轨道原子中的电子就好像云雾般迷漫在原子核外的空间形成所谓"电子云"电子到底在哪儿？科学家们众说纷纭还是诗人说得好："只在此山中云深不知处"你看电子云的意境很朦胧飘逸的吧！确实物理学是很美丽的在物理学的发展过程中物理学家在探索物理学规律的艰辛旅程中总是伴随着对美的热烈追求例如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"和谐和简单的"；托勒密为了解释天文观察的结果引入了许多"均轮"、"本轮"使得天文学既复杂又失恰；因此在极端困难的条件下哥白尼苦心孤诣研究了三十多年终于建立了不朽的日心说；后来开普勒深切感受到日心说的美毅然抛弃了从他的老师第谷那儿接受的地心说观点他说"我从灵魂的最深处证明它是真实的我以难以想象的心情去欣赏它的美"关于物理学家对美的感受我们可以结合彩虹的例子来认识：物理学自①到②到③是自表面向深层的发展实验工作者利用三棱镜在实验室得到彩色光带发现红光的偏折最小紫光的偏折最大而且各种单色光再通过一个三棱镜又能还原成白光这项工作增加了实验工作者对自然现象的美的认识这是第一步①进一步的唯象理论研究②使物理学家了解到这是由于各种单色光的折射率的不同此种了解显示出了深一层的美再进一步的深入研究发现折射现象本身可从菲涅耳波动方程中推算出来这就显示出了极深层的理论构架③的美其实这是光的色散和还原现象但是在文学家眼里此种研究破坏了朦胧美很煞风景；应该说这是理解的角度不同在物理学家眼里还世界以简单、真实、和谐这是物理学对对美的追求它是一种理性的美爱因斯坦在总结自己的人生道路时也说"照亮我的道路并且不断地给我勇气去愉快地正视生活的理想是善、美和真"对于一位喜欢物理学的人来说他之所以喜欢这门学问是因为他看到、感受到这门学问的美也就是对物理学的美的欣赏、享受与追求我们现在的教学教给了学生定理、定律、公式学生做了大量的习题学生能进行严密的推理、精确的计算也确实培养了学生的思维但是我们也不能否认有不少学生对真实物理世界的客观性和美妙性是不够热情的、甚至是冷漠的因此研究、挖掘物理学中的科学美在物理教学中重视审美教育已成为当前物理教育的重要话题在物理教学中进行美育的途径有很多本文着重讨论以下三个方面：一、审美再创造感受物理美物理教师在教学中再现由物理学家和教材编写者人化后的物理概念和规律时还要进行自己的审美再创造并在审美再创造过程中展开对学生的美育这种再创造有如园林工人把别人创造的树、花、草、石、水再造为园林美一样仍然大有余地在物理教学中我们要把物理学科学美展现给学生那么物理学科学美到底有多少呢？（1）来自于物理学研究对象的美感例如高中物理课本第一册的序言就介绍了从空间尺度来看"物理学的最小研究对象是数量级为10-15m的微观粒子最大研究对象是数量级为1026~1027m的宇宙"；从时间尺度来看"物质世界的时间尺度从1018s到10-25s共跨越了43 ~44个数量级"形成了一个"首尾相接的蛇形圆图案"其中展现的是一幅壮美的"人类探索和逐步认识物质世界的现象、特征、规律和本质的历程"的图景再如法拉第提出的"力线"不论从形式上还是内容上都放射着美的光辉；又如月球绕着地球转地球绕着太阳转而且运行的轨道都是椭圆的宇宙中所有天体的运行配合得如此默契这是多么美丽和谐的景象（2）来自于物理学问题的美例如汤姆生发现电子后在X射线使气体电离以及光电效应等现象中都从物质中击出了电子这就表明电子是原子的组成部分；电子是带负电的而原子是中性的可见原子里还有带正电的物质这些带正电的物质和带负电的电子是怎样构成原子的就成了当时物理学家最关心的问题之一又如狄拉克建立的统一相对论和量子力学的电子运动方程具有非常优美和谐的形式可是它多出来的解却与当时的"真"不符狄拉克舍不得改动那优美的方程但必须给失"真"的解作一个圆满的解释于是他大胆引入了正电子首次提出了反物质的概念三年后正电子果然被安德森所发现相信学习物理的人都能体会这里面所展现的美（3）来自于物理学思想方法的美这是由于思考问题的方向性、创新性、整体性经过质疑、验证等过程从而做出物理学上的重大发现而产生的美感例如假说是最重要的思想方法之一贝克勒尔发现天然放射现象后物理学家通过实验研究确定了α、β、γ射线的本质而且都来自原子核使人们认识到原子核仍然具有复杂的结构并且是能够发生变化的在这个思想指导下科学家进行了长时间的探索并形成了关于原子核组成的几种假说再如光的干涉、衍射现象说明光的波动性光电效应现象说明了光的粒子性无法用其中的一种去说明光的一切行为为了解决这两类事实之间的矛盾物理学家提出了光的波粒二象性假说（4）来自于物理学研究方法的美物理学在发展过程中总结了大量的研究方法这些研究方法在解决问题的过程中同样能给人以美感例如等效法它从等同效果出发将复杂的物理现象和过程等效为几种简单的物理现象和过程然后加以处理象简谐运动可以看成是匀速圆周运动的投影；再如把微弱或超强信号变为可测信号的放大法；还有如黑箱方法它是通过研究输入和输出经过分析确定几个可供选择的黑箱模型然后对黑箱模型进行检验和选择从而阐明黑箱的结构和运动规律并加以应用的过程（5）来自于物理学实验的美这是由于实验指导思想的创造性、实验装置设计的新颖性和实验技术的艺术性而产生的美感例如光速的测定就充分展现了这种美早在17世纪上半叶物理学中就提出了光速测定的问题但是光的传播速度实在太大给测定工作带来了困难；最初伽利略在地面上用实验的方法来测定但未能成功；后人雷默和布拉得雷利用天体的运动借助于天文学来测定光速获得了初步成功；到了19世纪斐索利用旋转齿轮的方法首先在地面上测出了光速以后又有许多科学家采用了更精确的方法测定光速如傅科的旋转平面镜方法迈克尔逊的旋转棱镜方法现在利用激光测定光速大大提高了测量的精确度（6）来自于物理学思维的美例如研究物体间的作用建立力的概念舍弃了物体的生活概念（如马、车等）以及化学的（如成分）、数学的（如体积）、美学的（如色彩）等因素分析了运动、速度等非本质因素突出相互作用、速度改变快慢、形变大小等本质及共同点；又如图三所示芝诺提出的一个运动的悖论（阿喀琉斯永远追不上乌龟）：阿喀琉斯（古希腊传说中跑得最快的人）从A点出发去追赶他前面的A1点的乌龟他想追上乌龟必须首先到达乌龟开始跑的位置A1当阿喀琉斯到达乌龟开始跑的位置A1时乌龟已经跑到前面去了比如A2点阿喀琉斯要想追上乌龟又面临着同样的问题他必须跑到乌龟此时的位置A2才能追上乌龟等他跑到了完全同样的问题又摆在他的面前......因此阿喀琉斯虽然跑得很快但他只能一点点逼近乌龟却永远追不上乌龟芝诺提出了这样的一个运动悖论让人们去研究时间的性质是非常令人深思的（7）来自于物理学理论和物理学公式的美例如许多科学家认为牛顿的万有引力定律具有不可忽视的理论美的特征从万有引力定律出发可得出大量的推论并为观察所证实；又如法拉第一直致力于把自己获得的实验结果上升为法则和理论他十分欣赏电磁力转换定律那"简单而又美丽"的公式他在研究环绕磁极分布的电场线时感到它如同环绕太阳运行的行星轨道一样也表现出大自然和谐而又简单的设计令人神往而迷茫；为此法拉第一直期望能用这种观念把电磁理论建成一个和谐、统一的体系尽管他最终没有成功；但当他读到麦克斯韦用一组简洁的数学方程表述了他期望看到的统一电磁理论的论文时法拉第深深地为物理学的公式美所震撼（8）来自于物理学的哲学美例如光的全反射蕴含了量变与质变的思想；再如按照形式逻辑的排中律光要么是波要么是粒子决不可能既是波又是粒子然而依靠辨证逻辑量子力学却以独特的数学结构卓越而合理地解释了它；又如爱因斯坦的广义相对论揭示了一个"隐含的真理"：两对一直被认为完全无关的概念原来是相互联系的它们是空间和时间的概念物质和运动的概念（9）来自于物理学技术应用的美例如立体电影它的原理即为以两台摄影机仿真人眼睛的视角同时拍摄,在放映时亦以两台投影机同步放映至同一面银幕上,并以偏光镜片分离出左右眼不同的画面再如对撞机(又称为同步辐射装置)在凝聚态物理、材料科学、地球科学、化学化工、环境科学、生物医学、微电子技术、微机械技术和考古等应用研究领域取得了一大批骄人的成果利用同步辐射光对高温超导材料进行的深入研究；对世界上最大尺寸的碳60晶体以及在0.1-0.3微米x射线光刻技术的研究均取得重要突破；在微机械技术方面制成了直径仅4毫米超微电机这种电机将能在医疗、生物和科研等方面有独特的用途二、精心设计展示美的教学在物理教学过程中物理教师要把物理学的科学美展示给学生这就需要采取一定的措施创设一定情景以使学生产生需要感并进而引发出一定的体验下图是一种美育实施模型良好的审美环境包括：学习物质环境、人间关系环境、心理环境等学习物质环境指教具、学校设备等人间关系环境指师生关系、校风、学风等；心理环境是三者中最重要的如果学生的学习失去了"自由自在"的性质而是把学习物理看成是为了考试或看成是家长和学校硬性规定的不得已而为之的苦差事那么在这种状态下无法进入审美状态不可能激发审美情趣过程A主要是学生主动探索、感受物理美的过程；过程B是物理教师审美再创造的过程；过程C是美的教学过程当然双箭头表示这三个过程是相互能动的这个美育实施模型表现的涵义是：教师启发学生通过想象、联想引导发掘物理美的丰富素材并通过美的设计在课堂教学中充分展示出物理学科学美的特征创设美的意境使学生明确地或潜移默化的受到美的感染和熏陶最终培养学生的审美感受力三、人文引导追求真善美前面论述了物理学是美的那么在我们面前就摆着这样一个问题怎样用物理学的美去唤醒人性中的善让科学更好的为人类的发展、进步服务这是值得我们思考的一个问题同时也涉及到科学教育和人文教育的领域特别地中学教育更加重要因为中学是一个没有定型的时代在没有定型的年代里学生得到良好的教育是非常重要的可以终身受益其实美育的目标是要提高学生对各种美的发现能力、鉴赏能力和创造能力丰富他们的生活情趣使之变得高尚、积极走向人格完美在这方面前人已经为我们作出了榜样物理学家们在探索物理学规律的艰辛旅程中一方面伴随着对美的热烈追求另一方面又强烈地表现出他们精神上的种种美德例如法拉第花了整整十年的时间研究电磁感应现象这愿于他的一个美好愿望因为在当时的年代伏打电是贵族们的专利如果利用磁能产生电那么就可以源源不断的获得电能了；当法拉第成名之后世界各国赠给他的各种学位头衔达几十个之多但他把所有荣誉奖章都收藏起来连最亲近的人都未见过有人问他为什么时他说："我从来没有为追求这些荣誉而工作"朴实的语言表达出他不图虚荣的人格美再如面对罗马教廷的熊熊烈火布鲁诺用响彻环宇的"火并不能把我征服"的宣言宣告了神学的毁灭、真理的永存其捍卫真理的英名和美德完世留芳富兰克林为证明雷电和普通静电的一致冒着生命危险做了用风筝"引"下雷电的著名的费城实验；而利赫曼则因同一目的惨遭雷击而死这些都是一种献身的美又如伟大的物理学巨匠牛顿虽然构建了经典物理学的宏伟大厦但他却是那样天真的向世人宣告"我有幸捡到美丽的贝壳是因为我站在巨人们的肩膀上"表达了他谦逊的美还如居里夫人不惜用两年的时间研究擂盐并提炼出放射性元素她为了纪念自己的祖国把其中一种元素命名为钋居里夫人在功成名就的情况下依然保持着百折不挠的献身精神和爱国主义精神表现出高尚的爱国情怀中国现代物理学家王淦昌、钱三强、钱学森、邓稼先等为了祖国的科学事业放弃国外优越的生活条件毅然回国报效自己的祖国表现出同样伟大的精神美德关于科学和人文的问题有学者评论：当前新科技革命强劲的发展势头和人们对素质教育、人文教育的重视与复归为21世纪的教育带来了极高的期望科学教育和人文教育的整合是知、情、意并重的教育是使个体的精神道德和科学知识平衡发展的教育是一个有机的整体人文教育与科学教育的这种平衡是多种矛盾运动的结果和历史发展的必然尽管在实现整合的过程中科学教育和人文教育的冲突不会停止整合的真正实现还有待于我们作出艰苦的努力但在经历了漫长的古老人文教育、独领风骚的现代科学教育之后我们必将进入更加成熟的现代人文教育与科学教育并重的新时代对于这个问题笔者是这样的看法：科学好像远航的轮船需要人文来导向不然就要走弯路甚至触礁因此我们要向学生揭示物理学的人性之美、至善之美从而达到以美感人、以美育人的效果使学生产生"需要"的感觉并进而引发"体验"；我们也要引导学生自己去追求和创造物理美并将美的认识转化为追求美的自觉行动产生创造欲望进而爆发创造力最后用下面的一句话来结束本文的话题：科学是美丽的；但只有科学也不能编织成美丽的蝴蝶结参考文献1、乔际平等物理教育学南昌：江西教育出版社2、姜水根关于物理文化的对话宁波：宁波出版社3、高飞物理教学中的美学教育陕西师大：中学物理教学参考2003年第11期。
物理学和量子力学的美摘 要罗丹有一句名言：“生活中并不缺少美，而是缺少发现美的眼睛。
”生活中是这样，学习科学的过程中也是这样。
美是自然属性，审美是人类的天性，那么我们这些学习物理的人，不应该只是关注物理学的各个公式的物理含义，也应该从中发现物理之美，从简单、对称、和谐中感受物理之美。
我们要坚信美与真并存，美与真相伴，一个正确的物理公式一定是美丽的。
物理学是美得建构，是美的科学，它具有明快简洁美、均衡对称美、奇异相对美、和谐统一美。
杨振宁也告诉人们：高不可攀的物理与处处存在的“美”息息相关，而物理学就是去发掘这些美，那么量子力学作为现在物理学研究的最前沿的课题，它也必然是美的。
欣赏物理学的美，会让我们领略到物质世界奥妙无穷的内在美；欣赏物理学的美，会让我们感到物理学的神圣和美好；欣赏物理学的没，会激发我们无边无际的思考。
本文将从简单、对称、和谐等几个方面阐述物理学的美，介绍量子力学的美，并介绍一些大物理学家：狄拉克、海森堡所坚持的物理学的美，并因为他们所坚持的物理之美，从而坚定自己的思维，维护住正确的物理学公式。
关键词：量子力学；美；物理之美装订线The beauty of quantum mechanics PhysicsABSTRACTRodin has a famous saying: "Life is not the lack of beauty, but a lack of eyes to discovery beauty." Life is like that,process to learning scientific is also in this way.Beauty is natural attributes ,aesthetic is human nature.Then we these to study physics should not just be concerned the physical meaning of each formula of physics. We should also discovery the beauty of physics. From simple,symmetry, harmony to feel the beauty of physics. We firmly believe that the coexistence of beauty and truth ,beauty and truth company each other, a correct physical formula must be beautiful.Physics is a beautiful construction, a beautiful science.It has a crisp lively and concise beauty, balanced symmetrical beauty, Singular relative beauty,and the beauty of harmony and unity.Chen Ning Y ang also told the people: the unattainable physics and the beautiful thing everywhere is closely related.Physics is exploring these beauty. Quantum mechanics, as is now the forefront subject of physical research, it must be beautiful.Appreciate the beauty of physics, let us taste the infinite subtleties of the material world and the inner beauty; appreciate the beauty of physics, let us feel the divine and beauty of physics; appreciate the beauty of physics, will inspire us a infinite thinking .This article will introduce the beauty of physics from simple ,symmetry, harmony, and several other aspects of physics.Introduce the beauty of quantum mechanics. Introduce some famous physicist:Dirac, Heisenberg who insisted that physic is beautiful,.Because they insist on physical beauty, so strengthen their own thinking, to maintenance the correct physical formulas.Key words ：Quantum mechanics; beauty; the beauty of physics目录1.量子力学中的美 (1)1.1量子力学的简约之美 (1)1.2量子力学的对称美 (2)1.3量子力学的和谐美 (2)2.大物理学家所诠释的物理之美 (4)2.1 狄拉克 (4)2.2爱因斯坦 (4)参考文献 (6)致谢 (7)1 量子力学中的美量子力学是物理学进步中的伟大的一步，是现代物理学的两大基本支柱之一，通过量子力学，人们对物质的结构以及相互作用的见解发生了革命性的变化，许多现象得以真正的被解释，新的无法直觉想象出的现象被预言，但是这些现象可以通过量子力学被精确地计算出来，而且后来也获得了非常精确的实验证明。
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。
析万物之理，享物理之美————读《物理学之美》有感物理学家并不会因为懂得了美丽彩虹是光的散射定律，就失去了对蔚蓝色天空和紫色落日的感动。
因为物理学的作用并不是用来揭秘美的本身，而是帮助我们更清晰得欣赏到美。
学物理的人不会枯燥，因为他们善于在生活中发现“美”。
音乐和物理学，看起来水火不容的两门学科，却有着很深的联系，这实在是难以想象的。
美妙的音乐可以用物理学中的波的振频、振幅来解释，可是深奥的物理学又怎么用音乐来阐述呢？或许需要这样一部作品来解释，它不是舒伯特的《野玫瑰》，也不是贝多芬的《命运》，它只是开普勒的《宇宙的和谐》的一段五线谱，一段在音乐史上没有什么地位的五线谱，却在天文学上却有着不可忽视的意义！大家都应该很熟悉这段话“我不知道世人怎么看我，但我自己却总觉得是在海边玩耍的一个孩子，时不时捡起一枚比别人更光滑的卵石，或者更美丽的贝壳，并为此感到欢快愉悦，而我面前浩瀚的真理的海洋，却完全没有发觉出来”。
没错，说这句话的人就是我们熟悉牛顿。
在我们的印象里，牛顿是一位伟大的物理学家，可是会有多少人知道牛顿也是个诗人？可能是因为他的诗谈不上巨作而不能广为人知，那么，我们都知道托尔斯泰这位伟大的文豪吧！他的《战争与和平》是我们认识的一部文学巨作，可是又有多少人知道这部巨作里面描述了近代物理学中的“对称破缺”呢？E=mc²，学物理的人都知道它——爱因斯坦的智能方程式，解释了能量和质量的关系。
爱因斯坦的《相对论》解决了牛顿经典力学所不能解决的高速运动物体的问题，成为了现代物理学的典范。
因此，爱因斯坦也被称作物理学的天才。
但是，他的儿子汉斯却说：“与其说我父亲是物理学家，不如说他是一位艺术家。
”原来，爱因斯坦在音乐上也有着很高的天赋，他平生就喜欢拉小提琴，在钢琴、小提琴的演奏上都达到了专业的水平。
一直隐藏在这位物理天才身后的竟然是艺术！无论是音乐、绘画、还是文学，它们都是艺术。
之所以把他们归为一类，是因为它们有着共性：一种可以供人欣赏的美。
从美学角度欣赏物理学意味着从艺术和审美的角度来理解和欣赏物理学的知识和方法。
物理学是一门研究自然界的科学，它描述了自然界中物质和能量的运动和变化的规律。
物理学的研究方法基于科学实验和数学推理，并通过对实际问题的分析和模拟来验证和提出新的猜想。
从美学角度欣赏物理学，就是从艺术和审美的角度来理解和欣赏物理学的知识和方法。
这意味着在欣赏物理学时，我们不仅要理解物理学的知识内容，还要注意其中的美感、美学价值和美学意义。
例如，我们可以从美学角度欣赏物理学中的一些概念和定理，如力学中的力平衡定律、光学中的光谱、热力学中的热力学第二定律等。
这些概念和定理不仅是物理学的基本知识，而且还具有很强的美学价值和美学意义。
总之，从美学角度欣赏物理学是一种将科学知识和艺术美学相结合的方式，能够帮助我们更好地理解和欣赏物理学。
物理学史上最漂亮的十大物理实验2002年9月出版的《物理学世界》刊登了排名前10位的2000多年来最漂亮的物理实验，其中的大多数都是我们耳熟能详的经典之作。
令人惊奇的是，这十大实验中的绝大多数是科学家独立完成的，最多有一两个助手。
所有的实验都“抓”住了物理学家眼中“最漂亮”的科学之魂，这种漂亮是一种经典概念：使用最简单的仪器和设备，发现了最根本、最单纯的科学概念，就像是一座座历史丰碑一样，人们长久的困惑和含糊顷刻间一扫而空，对自然界的认识更加清晰。
为了能清楚地看出2000年来科学家们最重大的发现轨迹，下面我们根据时间顺序对这些实验作一简单介绍。
第7名：埃拉托色尼测量地球圆周长古埃及有一个现名为阿斯旺的小镇。
在这个小镇上，夏至日正午的阳光悬在头顶，物体没有影子，阳光直接射入深水井中。
埃拉托色尼是公元前3世纪亚历山大图书馆的馆长，他意识到这一信息可以帮助他估计地球的周长。
在以后几年里的同一天、同一时间，他在亚历山大测量了同一地点的物体的影子。
发现太阳光线有轻微的倾斜，在垂直方向偏离了大约7°。
假设地球是球状，那么它的圆周应跨越360°。
如果两座城市成7°，就是7／360的圆周，就是当时5000个希腊运动场的距离。
因此地球周长应该是25万个希腊运动场。
今天，通过航迹测算，我们知道埃拉托色尼的测量误差仅仅在5％以内。
第2名：伽利略的自由落体实验在16世纪末，人人都认为重量大的物体比重量小的物体下落得快，因为伟大的亚里士多德已经这么说了。
伽利略，当时在比萨大学任职，他大胆地向公众的观点挑战。
著名的比萨斜塔实验已经成为科学中的一个故事：他从斜塔上同时扔下一轻一重的物体，让大家看到两个物体同时落地。
枷利略挑战亚里士多德的代价也使他失去了工作，但他展示的是自然界的本质，而不是人类的权威，科学作出了最后的裁决。
第8名：伽利略的加速度实验伽利略继续提炼他有关物体移动的观点。
他做了一个6m多长、3m多宽的光滑直木板槽，再把这个木板槽倾斜固定，让钢球从木槽顶端沿斜面滑下，并用水钟测量钢球每次下滑的时间，研究它们之间的关系。
物理之美欣赏物理学的艺术之美物理之美——欣赏物理学的艺术之美物理学是自然科学的一门重要学科，它研究物质的运动和相互作用规律，揭示了自然界的奥秘。
然而，物理学不仅仅是一门严谨的学科，它还蕴含着令人惊叹的艺术之美。
本文将从世界观的改变、自然规律的对称美、实验装置的设计、数学公式的优雅性以及科学家的创造力等多个角度探讨物理学的艺术之美。
一、世界观的改变在人类发展的不同历史时期，对世界的认知和理解一直在不断演变。
物理学的出现与发展改变了人们对世界的观点，从传统的神秘和超自然的解释转变为基于实验和观察的科学解释。
物理学将人们从迷信与主观臆断中解放出来，使人对世界有了更为客观、理性的认识。
这种世界观的改变本身就是一种艺术，因为它构建了一个全新的思维框架，让人们以更深入、全面的视角欣赏自然的美妙与复杂。
二、自然规律的对称美物理学研究的核心是揭示和解释自然界的规律，而这些规律往往体现着强烈的对称美。
例如，牛顿的运动定律中体现了时间和空间的平移对称性；电磁力的规律中体现了电磁场的对称性。
这种对称美不仅仅体现在理论上，也体现在自然界的各个层面，从微观的粒子运动到宏观的行星轨道，无一不展现出自然界真实又美妙的秩序。
三、实验装置的设计物理学的实验是验证理论的重要手段，而实验装置的设计是一门独特的艺术。
科学家为了实现特定的实验目的，需要设计精密的仪器和装置。
这些装置既要满足实验的需求，又要考虑到实验环境和物理规律等因素，因此常常需要综合运用物理、数学、工程学等多个学科的知识。
实验装置的设计既要保证实验的准确性和可重复性，又要追求美观和简洁。
优秀的实验装置既是科学家智慧和技术的结晶，也是一种具有艺术价值的创作。
四、数学公式的优雅性物理学与数学具有密切的联系，数学公式是物理学研究和表达的重要工具。
数学公式的构建不仅要准确地描述自然现象，还要具备一定的美感。
许多重要的物理定律都可以用简洁而优雅的数学公式来表达，如爱因斯坦的质能方程E=mc²、麦克斯韦方程组等。
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。
用美的眼睛看物理（物理美学欣赏）有的同学会疑惑：老师搞什么？不是要上物理课吗？怎么扯到美学上面了？物理和美有关系吗？是的，物理与美之间有着不可分割的关系，有着你们以前从来没有想到的关系。
今天我们上这节课的目的就是带领大家去品一下物理学中的美，提示大家以后要用美的眼睛看物理。
一、什么是美美的定义什么是美？至今还没有一个确切的定义。
仁者见仁，智者见智。
目前较流行的看法是：美本身包括美的本质（什么是美）、美的内容（指自然美、社会美、以及在此基础上的艺术美、科学美）、美的形式（引起我们美感的事物的存在形式）。
美与兴趣关系按照辩证唯物主义的美学观点，美的本质是合乎规律性与合乎目的性的统一。
不同的人心中的审美条件不一样，感觉当然不同。
这一点大家应该是深有体会的，日常生活中经常可以看到这方面的例子。
木商、植物学家、画家同时看一棵古松，三个人可以同时知觉到这棵古松的存在，但是三个人知觉到的却是三种不同的东西。
木商脱离不了他的习惯，他知觉到的只是一棵木料，他会很精明地盘算这棵树都适合用来做什么，怎样才能获得最大的收益，该怎样来砍它、运它、卖它；植物学家也脱离不了他的习惯，他眼里只是一棵叶为针状，果为球状、四季常青的植物；画家只管审美，在他眼里，那就是一棵古松，他只会聚精会神地观察古松苍翠的颜色和矫健的姿态，并不时发出由衷的赞叹。
可见，古松并不时一件固定的东西，它的形象随着观察者的性格和情趣的变化而变化。
古松的形象一半是天生的，一半是人为的，我们对客观物体的知觉都带有主观成份。
林黛玉美不美？那当然是风华绝代的美人。
但是这样的人娶回家是不能洗衣做饭的。
如果要娶她的不是贾宝玉而是一个穷困潦倒的人，不知道她的夫君还会不会认为她很美。
另外林妹妹体弱多病，那么喜欢健康类型的男士们可能对她也不会有兴趣。
对于山村里某户穷困人家喂狗的破碗，狗对它是有兴趣的，它认为它是美的，因为它可以使狗有饱的美感；农户对它是没有兴趣的，认为就是一个不起眼的破碗而已，想当年因为觉得它太破了，不适合用来吃饭才便宜了狗；当然古董商是有兴趣的，因为他们凭借自己的专业知识知道这个碗是个宝贝古董，也是美的，这个破碗给他们的感觉可能是欣喜若狂。
对同一件事物，感受不同，兴趣也不同。
从这一方面来说，你对某事物没有兴趣，是因为你还没有发现它的美。
一旦你发现它的美，那么兴趣自然就会浓厚起来，所谓的“情人眼里出西施”就是这个道理。
我今天要谈的不是西施也不是林妹妹，而是物理，谈谈物理与美的关系：物理学不是美学，但物理学中包含着美。
物理学的内容物理学所反映的是自然界丰富多采的运动形式及规律，因而它展现的内容就是自然界的美。
科学探索的任务就是发现和解释自然界的本质，物理学家们探索物理规律的同时也在探求自然的美，其首要目的是表达人们发现的自然界中存在的美。
只是它研究的美是深层次的美，不象看一个人漂亮与否那么简单。
物理学探究美的方法物理学家研究物质运动最基本、最普遍的规律，物质的结构及其相互作用时，正是运用观察、实验、物理思维等物理手段寻找客观世界的规律。
我记得最清楚的是，当我提出一个自认为有道理的设想时，爱因斯坦并不与我争辩，而只是说：“啊，多丑！”只要觉得一个方程是丑的，他就对之完全失去兴趣，……他深信，美是探求理论物理学中重要结果的一个指导原则。
许多物理学家都深信正确的物理理论必然是美的，真和美是统一的。
西方的物理学家们一直相信一句话：上帝只会用美的方程来设计宇宙。
审美已经成为理论研究的驱动力之一。
自然界是美的，但是我们看到的美只是浅层次的美，是外在美。
千百年来，无数的物理学家披荆斩棘，已经为我们开辟了一条绚丽的真理之路。
每个伟大的发现、发明都是这条路上的一处美丽风景。
二、物理学中常见的几种美1、简洁美一个科学理论体系，“首要的是它的前提的简单性”，“唯一事关紧要的是基础的逻辑简单性。
”从物理理论的整体来看，在物理世界中，各种物理现象和过程千差万别，但本质上却可逻辑地归结为为数不多的若干基本概念和原理。
物理并不是像有些人想像的那样，是要把简单的问题复杂化，相反的是，物理学的任务是要从纷繁芜杂的表象中找到事物的本质。
宇宙中纷乱的种种作用力，在本质上可归纳为四种：万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力（分子原子之间）；而现在，物理学家们正在努力将这四种力归纳到一起，用一种理论来解释所有的作用。
这个宏伟的理论称为“大统一理论”，现在仍在进行中。
牛顿定律将宏观低速条件下各种机械运动的规律组成了一个秩序井然的集体；从苹果落地、鸟儿飞行到卫星上天、行星的运动都可以用牛顿定律解决。
麦克斯韦方程组的电磁规律建立了一个和谐圆满的家庭；电和磁之间有什么关系？电磁场的本质和规律是什么？它都可以为你解释；量子力学理论使行踪飘忽的微观粒子眉目清晰。
粒子的运动都有波动性，粒子的运动是一个随机事件。
是量子力学揭开了这块面纱，这在以后的学习中我们还要讲到。
狭义相对论中，只有两条逻辑上彼此独立的基本假设：狭义相对性原理和光速不变原理。
例子：广义相对论中，等效性原理和广义相对性原理是该理论仅有的两条基本假设。
从逻辑基础来说，比狭义相对论更简单，但其包含的物理内容却更广泛，包含了整个宇宙。
表达物理规律的语言是数学，而且往往是非常简单的数学。
这也正是一种微妙的美。
2000多年来，“以严格的数学关系来表示自然界一切事物的简单性与和谐性”一直绵延不断地支配着物理学家的头脑。
开普勒是最早运用数学表示物理思想的科学家之一，他提出的开普勒三定律用简单的三句话描述了宇宙中所有行星的运动规律。
行星的运动看起来是非常深奥和复杂的，但是开普勒仅仅用三句话来描述并且与事实符合得相当好。
2、对称美对称性总是和美联系在一起的，对称性思想已成为反映今天“自然科学时代的精神”之理论精华，而对称性方法也已成为当代最普遍的精密自然科学方法之一。
谈到对称性的时候，提到的“事物”不一定限指一个具体物件的形体，物理学家更注意到物理规律的对称性。
从不同的方向看，物体的运动都遵从牛顿定律，牛顿定律具有旋转对称性；假如一个物理学家因为某种原因总是以偏离竖直方向31°角来看世界，另一个则和正常人一样。
经过若干年对牛顿定律的研究，两个人分别得到自己的结论，牛顿定律都是成立的，也就是说，牛顿定律在转过31°角时仍然保持不变。
其实，不论科学家的脖子歪到什么程度，牛顿定律都是成立的。
今天的物理学家已经相信，物理定律在任何角度下都会保持不变，也就是我们说的旋转对称性。
镜子里和镜子外物体的运动都遵从牛顿定律，牛顿定律具有镜向对称性（或空间反射对称性）；在不同的时间，昨天、今天或明天，物体的运动也都遵从牛顿定律，牛顿定律具有时间平移对称性。
数学对称表示物理内容在数学形式（图与式）上的对称性。
万有引力定律F=Gm1m2/r2与库仑定律F=GQ1Q2/r2之间都具有对称性。
这些对称性表示了物理内容中数学表达上的对称。
“×”积与“．”积、电场与磁场都呈现了优美的数学对称。
麦克斯韦建立的方程组，用完美而对称的数学形式奠定了电磁学的理论基础，生动地呈现出了“数学是这个世界之美的原型”。
它一直被物理学界作为自然科学美的力作，美学上真正完美的对称形式。
这个方程组不仅反映了事物的发展变化特点，还预言了电磁波的存在，并计算出电磁波的传播速度等于光速。
我们都知道，20世纪初爱因斯坦提出光具有波粒二象性，证明光不仅具有波动性而且有粒子性。
德布罗意认为过去科学家只是看到光的波动性而忽略掉了它的粒子性，对于实物粒子，我们会不会犯了相反的错误呢？他从深信物质理论具有对称之美出发大胆地提出：“每个微粒都伴随着一定的波，而每个波都与一个或多个微粒的运动联系着。
”只有这样，才是符合对称性的。
他预言了物质波的存在，把物质的波动性添补到物理学关于实物的基本理论中去，从而为建立波动力学奠定了基础。
他的预言在不久以后就得到证实。
3、统一美由于物理学揭示了自然界物质的存在、构成、运动及其转化等规律的多样统一而产生的美感，称为物理学的多样统一美。
物理事物是千姿百态的、千变万化的，反映物理事物的特性及规律的物理知识也是丰富多彩的。
但是，自然界是统一的，客观物理事物之间存在着内在联系，通过这种联系使得我们将各种各样的物理知识联系统一起来，进而形成既千变万化又和谐统一的画卷。
宏观物体的机械运动是多种多样的，牛顿力学能把地上的和天上的所有物体的运动的规律统一起来；爱因斯坦广义相对论把引力、时间、空间、物质统一起来；麦克斯韦电磁理论把电、磁、光统一起来；德布罗意关系将微观粒子的波动性与粒子性统一起来.三、怎样欣赏物理学的美自然景色之美是我们用眼睛就可以看到的，是浅层次的美，物理学的美是通过科学的理想化、抽象化，是以概念、定理、公式、理论的方式表现出来的，只有具有一定科学素质的人才能够感觉到。
朱光潜说道：“有审美的眼睛才能看到美。
”因此要欣赏到物理美，必须有扎实的物理理论基础，具有广博的相关知识，掌握物理学研究问题的方法，像欣赏艺术品那样从整体角度去分析、体会。
大家从中学开始就学物理了，但是直到今天，有些同学仍然把物理总结为背公式，实在是违背了先人们的初衷。
不错，物理规律可以用简单漂亮的公式来描述，但是脱离了物理理论的有机整体，孤立地去看某个符号、某个概念、某个公式是不会欣赏到物理的美的。
最新文件---------------- 仅供参考--------------------已改成-----------word文本--------------------- 方便更改赠人玫瑰，手留余香。
