物理学美的基本特征

物理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。

因此，在极端困难的条件下，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，毅然地抛弃了从他的老师第谷那接受的地心说观点。

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。

”布鲁诺面对罗马教廷的熊熊烈火，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，万世流芳。

还有牛顿、哈雷、伽利略、施士元、吴健雄、钱学森等等，每一位科学家名字的背后不知隐藏了多少可歌可泣、感人肺腑的故事。

他们坚忍不拔的毅力、默默无私的奉献、废寝忘食的工作、不惜以生命为代价、这些高尚的人格与情操、为真理奋斗不息的精神之美，正是站在我们面前的榜样，也是在教学中培养学生高尚品质的典范，可以启迪学生的智慧，引发学习兴趣，激励成功的意志，养成献身科学的良好品质。

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。

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。

物理学之美人人都追求美，物理学家也不例外，但到底什么是物理学的美，那是一个模糊的概念，或者说只是一种感觉，只能意会，不能言传。

物理学家也难以赋予它科学而精确的定义。

1理论预言之美狄拉克可算是物理学家中追美之第一人。

他淡泊名利、少言寡语，却对其物理理论之数学美极端追求，以至于在1963年《美国科学人》的一篇文章中，他写出如此超凡脱俗的话：“使一个方程具有美感，比使它去符合实验更要。

”狄拉克导出他著名的狄拉克方程后，为了追求他的理论的数学美，做到自圆其说，而作出了一个被称为“狄拉克海”的美丽假设。

在这个假设的模型中，狄拉克天才地预言了当时并不存在，似乎显得有些荒谬的正电子。

预言不存在的东西，犹如第一次吃螃蟹，是要有点冒险精神的。

不过，狄拉克别无选择，为了他的理论之美！可没想到，在1932年，从美国加州理工学院传来一条令人吃惊的消息：卡尔·戴维·安德森（Carl David Anderson）在研究宇宙射线的云室里，发现了一种与狄拉克假设的“空穴”一模一样的新粒子——正电子！这是人类第一次发现的反物质，这个实验为狄拉克赢得了1933年的诺贝尔物理奖。

卡尔·戴维·安德森之后也因此发现而得到了1936年的诺贝尔物理奖。

其实，科学史上的多次事实证明：成功的预言能够充分地体现美丽理论的强大魅力。

上世纪60年代中期，物理学家们，包括两位2013年诺贝尔物理奖得主，即比利时理论物理学家弗朗索瓦·恩格勒和英国理论物理学家彼得·希格斯，以及其他4位主要人物，从理论上预言存在一种希格斯玻色子。

然后，他们孜孜以求，期望等待着希格斯粒子登场，其目的也就是为了完善和证实粒子物理学中的“标准模型”，证实物理理论之美。

2物理模型之美物理，物理，究物之理，即探究物质起源之理，这是上天赋予物理学家的基本使命。

物质到底是由什么构成的？物质的结构是否可以无限可分下去？早在公元前4世纪，古希腊学者德谟克利特就提出了物质由不可分的“原子”构成的观念。

浅议物理学中的“美”郑玉香【摘要】物理学中的美主要体现在精神美、简洁美、对称美、和谐美、统一美等方面,物理教学工作者要培养学生的审美能力,引导他们自觉地追求科学美。

【关键词】物理美;精神;简洁;对称;和谐;统一“生活中并不缺少美,而是缺少美的发现”,物理教学也是如此。

物理学中美的例证比比皆是,但物理学本身并不是美学,能否把摆在我们面前的物理教材从僵硬的铅字变成闪烁着美的光彩的画册,从抽象的概念、公式变成动人的诗篇,关键要靠教师从教学内容中挖掘出美的因素,并通过美的设计,在课堂教学中充分展示出物理学科的美学特征和美的意境,使学生潜移默化地受到美的熏陶和美的培养。

一、伟大科学家的精神之美在物理学发展过程中,物理学家在探索规律的艰辛旅程中,一方面伴随着对美的追求,另一方面表现出他们精神上的种种美德。

这些都是美学因素,物理学家对美的追求和他们的人生美德,可以启迪学生的智慧,引发学生的兴趣,激励成功的意志,养成他们良好品德。

哥白尼与托勒密“地心说”的决裂,就是他深信完美的理论在数学上应该是“和谐与简单”的。

托勒密为解释天文观测的结果,引入“均轮”“本轮”,使得天文理论又复杂又失真。

因此,在极其困难的情况下,哥白尼不畏艰难险阻,研究三十年,建立了“日心说”。

后来,开普勒深切感受到“日心说”的真,毅然抛弃“地心说”的观点。

电磁学的发展在很大程度上得益于对称美的启示。

法拉第深信电与磁是对称的,他认定既然电能生磁,那么磁也能省电。

他坚持奋斗十年,终于发现了电磁感应现象。

二、简洁之美在千姿百态的物理世界里,尽管各种现象千差万别,但在本质上都可归结为若干基本的物理规律,这就是物理学上的简洁之美。

例如:运动和力的关系,曾经困惑人类几千年,但一旦揭开其面纱,呈现出的关系“F=ma”却如此简单;爱因斯坦的质能方程E=mc2,形式十分简单,内容却极其丰富———用最精炼的语言、最少的符号,揭示了奥妙无比的自然规律,所表现的简洁美令人叹为观止;开普勒行星运动第三定律:R3PT2=常量,其形式如此简单,太阳系中所有行星的运动都符合这一规律,奇妙的“2”和“3”使一切井然有序,开普勒不愧为“天空立法者”的称号。

物理学中的“三美”作者：何建东来源：《新一代》2012年第12期摘要：随着人类社会的进步与文明的进一步发展，各学科间相互渗透、影响更趋广泛和深入，当今知识的日趋统一和学科朝各自专业化纵深进展，已成为人类文明发展的大趋势。

美育不断渗透进物理教育，日益综合，正是顺应了人类知识大统一的大潮，而探索物理学的美由此展开。

关键词：物理学；和谐美；对称美；简洁美中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2012）-12-0156-01物理学家是物理科学美的探索者，他们所从事的科学活动总是和追求物理科学美联系在一起，物理学家海森堡曾指出：“科学的探索者们最初往往是在美的光辉照耀下，去认识和发现真理。

”物理学家在探索自然奥秘的过程中，把主观目的的追求和客观规律的发现统一起来，创造了物理科学美。

那么，物理美具体体现在哪些方面，枯燥的物理公式和概念何谈美感？从物理学的学科特点、交叉特点的动态特点来看，它主要体现在其和谐、简洁和对称。

一、物理的和谐美和谐是美的基本特征，它是指事物的各部分分配得当、协调一致、有序、均衡舒畅及多样统一。

物理中它包括物理对象的和谐美和物理理论的和谐美。

第一，物理对象的和谐美。

物理学研究的对象是物质及其运动规律。

其和谐美既呈现整体和局部的统一，又呈现在过去、现在、未来的因果链中。

比如，物质世界由于质和量的区别使物质结构从整体上形成一个多层次的可以无限分化的有机层次系统。

即微观、宏观、宇观。

微观可分为夸克、基本粒子、原子核、原子、分子；宏观可分为岩石圈、水圈、生物圈、大气圈；宇观可分为太阳系、银河系、总星系。

物质世界表现了间断性和连续性，间断性表现了层次性，连续性则表现了统一性，统一性又呈现在空间的有序结构和时间上的变化和演化，而有机的和谐统一是由于物质世界的开放性和自组织性决定的。

物理对象的和谐美还表现在研究者与研究对象之间的统一和谐。

对于无限的宇宙客体，观察者本身就是其中的一部分，必然和宇宙处于不可分割的联系中，而且是特定的宇宙环境演化到一定阶段的产物，也就是说人是宇宙和谐的产物。

将美带入课堂，创设“美”的大物理观美育是物理教学重要目标之一。

就其本质而言，就是培养学生高尚的情操和审美情趣，是深层次高品位的素质教育。

美学又是贯穿整个物理发展始末的主线，对培养学生的大物理观有重要意义。

物理学的美主要体现在以下三个方面。

一．物理学的简单美“简单即是美”。

物理学中有许多简单的让人惊讶的定理和公式，而恰恰是这种简单体现了物理学的美。

物理学的美首先体现在内容的简单美。

内容的简单美，体现在能够说明客观自然现象的理论中，一定是最简单的一个。

例如，哥白尼认为托勒密的地心说中提出的本轮——均轮模型太复杂，不符合物理学中的简单美。

但是，如果以太阳为中心，能够使本轮——均轮模型大大简化；而且，最重要的是，可以将行星按照离太阳的轨道半径由小到大、运动速率的由大到小、运动周期的由短到长按规律排列起来，变成一个有序的整体！这绝对不是巧合，而是唯一正确的运动方式！只有这样才非常简单。

正是在这种“简单即是美”信念的驱使下，哥白尼发表了自己的《天体运行论》，解开了上帝神秘的面纱。

后来，开普勒用了简单而完美的三个定律——开普勒三定律，给天体运行制订了法则，是遥远美丽的天体变得简单而美丽。

再如，在牛顿力学体系中也有许多公式简单的让人惊讶：几个字母，一个公式，就把复杂的运动简单的勾勒出来，F=ma ，天地万物的机械运动规律就通过它得到了统一。

其次，物理学的美体现在结构的简单美。

物理学中尽管各分支内容丰富，但各分支的脉络却十分简单而且各分支之间不是孤立的，是相互联系的。

例如：我们学习力学和电学时，尽管属于不同的物理体系，但他们之间惊人的相似。

万有引力：F=GmM/r^2 库仑力：F=k*(q1*q2)/r^2弹性势能：E=x*kx/2 电容器中的电势能：:E=CU^2/2振子的周期：T=2π√m/k 单摆周期：T=2Π√L/g LC 振荡回路周期公式：LC T π2= 正是这些看似复杂，其实非常简单的内在联系，支撑起了整个物理学的大厦。

精心整理
物理学科的美
首先表现为自觉性。

如果你想在三尺讲台上开启一片蔚蓝的天空，那么你会觉得不断地教学反思不仅是个人的思想需要，而且是一种高尚的精神活动，是精神产品的再生产，你会发现生命就像每天升起的太阳一样是新的。

其次表现为超越型。

反思是一种手段。

反思后则奋进。

存在问题就整改，发现问题则深思，找到经验就升华。

如此说来，教学反思的真谛就在于教师要敢于怀疑自己，敢于和善于突破、超越自我，不断地向高层次迈进。

“个人奋斗”。

浅谈中学物理中的美罗丹有一句名言：“生活中并不缺少美，而是缺少美的发现。

物理教学同样如此，但物理本身并不是美学，要想使物理教程从枯燥的铅字变成闪烁美的光彩的科学诗篇，关键在于我们教师平常教学中是否认真发掘物理教学中的科学美，是否去展示其美学特征，是否去创设美的意境，让学生潜移默化受到物理科学美的陶冶，这就是教学的艺术。

一、展示物理美学特征物理学的研究对象大到天体，小到粒子，从实体到另一形态的场、光等都是物质的。

物质又是运动的，如机械运动、分子热运动、光波传播，实际上是不同形态的物质的不同运动形式，它们的运动是有规律的，自然界是合理的，简单的、有序的，因此，科学家们在探索真理的过程中，往往以科学美作为追求的目标，通过他们的努力而形成的物理理论，在内容上、形式上是那么自然、简单、和谐，都放射出美的光辉。

教师平时教学中应向学生展示物理知识美的一面，激发学生爱美天性。

物理内容的简单美，表现在物理概念、规律的表达上，科学、准确、简洁。

热是众多物理学家争论了一个多世纪的问题，却以“大量分子的无规则运动”十个字做了结论。

可见物理美简洁，给人以简单、明了、深远、有序的美感。

审美理论认为：那些在特定条件下，刺激物被组织的最好、最规则和具有最大限度的简单明了的“形”，会给人以相当愉悦的感受。

物理学的美，最典型、最精粹之处，就是这种“简单明了”的简洁美。

物理学的对称美，给人一种圆满。

匀称的美感，运动与静止，匀速与变速，引力和斥力，反射和折射，“磁生电”和“电生磁”，平面镜成像、电荷的正负、磁场的两极等，都揭示了自然界物质的存在、构成、运动及其运动规律的对称性而产生的美感。

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，杨振宁在诺贝尔物理奖获奖演讲中赞美到：“当我们默默考虑一下这中间所包含的数学推理的优美和它美丽的完整性，并以此对比它的复杂性、深入的物理成果，我们就不能不深深感到对称定律力量的钦佩。