探尋物理學中的美

摘要物理學是研究物質世界的結構、運動及其變化規律的科學，在全面實施素質教育的今天，美學教育是其重要的一部分。本文以物理學中所蘊涵的美為主題，挖掘物理教學中的美育功能，旨在幫助學生在表面枯燥的學習中發現美、欣賞美、追求美，領悟到自然科學美的本質，成為素質全面的有用人才。

關鍵詞物理美自然科學素質

中圖分類號:G633.7文獻標識碼:A

物理學作為一門嚴謹的自然科學，它集理論與實踐為一體，其所描述的對象包羅萬象。在所有的自然科學中，物理學具有一種非凡的魅力，與美有最和諧的結合。物理學在提高人類的文明，推進社會的進步同時，也給我們帶來各種感官的美的享受，給美學帶來新的視角和元素。

1 物理學的簡約之美

物理中現象往往是錯綜復雜的，然而背后隱藏的規律卻是簡單的，物理學就高度概括地揭示了自然規律的簡單性。經典力學建立在牛頓三定律之上，即將地球上物體的運動、天體的運轉綜合到同一理論中;電動力學建立在法拉第的“場”和麥克斯韋方程組之上;而廣義相對論看似簡單的道理更深一層地揭示了時空、物質、運動和萬有引力之間的統一性;這些簡單的假定是從大量的自然現象和物理實驗中抽取并提升出來的，然而，建之于上的物理理論反過來卻能解釋幾乎所有的自然現象。驚人的簡單體現了物理學的簡潔之美、質樸之美，亦體現了科學的理性美。

2 物理學的對稱之美

在生活和自然中，有許多事物具有對稱性，給人以勻稱和均衡的感覺。自然界的對稱有多種類型，例如旋轉對稱、左右對稱和平移對稱等。對稱性的感受逐漸成為一項美學準則。物理學中的對稱主要指的是時空對稱、數學對稱、抽象對稱。杠桿的平衡、平面鏡成像體現的是空間的對稱，交流電研究中正余旋變化為時間的對稱，簡諧波的波形圖為典型的數學對稱。抽象對稱性在科學研究中更為普遍和重要，由于在無窮大與無窮小的條件下研究問題，不具有直觀性，所以許多對稱體現出了抽象性。磁場的正負極、電荷的正負是最典型的性質的對稱。另外以科學中的藝術珍品廣義相對論為例，在廣義相對論中，狹義相對性原理被廣義相對性原理代替;慣性系被非慣性系取代;洛侖茲變換群被連續的坐標變換群替代;線性方程被非線性方程代替等等。狹義相對論被包含在廣義相對論之中，在一定條件下，后者都還原為前者，二者是統一的。半個多世紀來，許多物理學家都沉醉在它絢麗多姿的美之中。

對稱性在物理學中起著重要的作用，系統對稱性的分析對系統的物理狀態和性質十分重要，對稱性思想已成為反映今天“自然科學時代的精神”之理論精華，而對稱性方法也已成為當代最普遍的精密自然科學方法之一。從對稱性看世界，看到的可能性實在太多，以此對比它的復雜性和輝煌的物理成果，我們就不能不深深感到對對稱定律的力量的欽佩，這也當之無愧可稱為神秘的對稱美。

3 物理學的和諧之美

物理事物是千姿百態的，所呈現的事物與規律也是豐富多彩的，但各種事物之間都有著其內在的聯系。

牛頓定律能綜合地把地上的物體與天上的星球統一起來;愛因斯坦廣義相對論把引力、時間、空間、物質統一起來;天體運動理論、熱力學定律、分子擴散理論、光的波粒二象性描繪了物質運動的有序性;質量、能量、電量守恒體描繪了協調統一性;三大守恒定律(物質、能量、動量)更是物質世界和諧性最完美的體現。而物理學中由物理概念、規律、公式這些抽象的方法去描述一個完整的、有序的、有規律的物理世界的完美和諧的圖景如振動圖像、波動圖像、氣體性質圖像、導體的伏安特性曲線、交流電的圖像等，更是數不勝數、比比皆是。

自然界物質作用看似復雜，但都遵循各自的運動規律，形成了有序、協調、對稱、統一的整體。物理學眾多的理論、規律亦是互相依存、和諧共生，有機地組成了現代物理學大廈。對物理學美妙的和諧美的追求已成為當代物理探索的驅動力。

4 物理現象的自然之美

在這個美妙的宇宙中時時處處具有令我們陶醉的自然美景，晝夜交替、四季輪回是地球自轉和公轉的結果，也才有了日出日落的壯美景象。黃道交角造就了春風秋月、夏雨冬雪的良景美辰，也才有春華秋實，有了萬物生長，提供了人類得以生存的物質條件。我們旅行時，可曾想到高山大河的形成離不開地殼的運動，火山的噴發，冰川的消融。當你在操場欣賞雨后七彩的彩虹，在海上領略神秘的海市蜃樓，背后都會通過光學分析探究到它的本質。

總之，物理學作為一門重要的自然科學，對人類認識世界、改造自然界和人類社會，具有極其重大的現實和理論意義。展示物理美的目的，不僅僅是為了讓學生想象和認識物理科學之美，更重要的是，要通過審美的教育，培養學生的審美能力和審美情趣，將對美的認識，轉化為追求美、發現美和欣賞美的自覺行動，讓學生理解科學的實質。在中學物理學教學中，教師應在課堂教學中滲透美學教育，啟發學生用心智領悟美，對激發學生的學習動力、提高學生的創新精神具有非同尋常的意義，使學生感受到自然科學的魅力所在。如果有了對物理學中真與美的欣賞，就會對生活、對自然界、對生命有更深刻的理解，更加愛護自然、愛護地球，對世界萬物有敬畏之情，對他們將來從事任何職業都會大有幫助。