物理学与美学，本文主要内容关键词为：物理学论文,美学论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
物理学与美学的关系，或许有许多人认为是互不相关的两门学科，若将两者放在一起谈，似有作秀之嫌.然而只要了解一下两门学科的起源，就会发现实则不然.
在古代，自然科学与哲学是密不可分的，它们要回答的问题也很相近.而且这种关系一直延续到近代.要知道牛顿将他的传世之作称为《自然哲学的数学原理》，而这本书所介绍的内容主要是自然科学的东西，如：牛顿三定律、万有引力定律等内容.他之所以这样命名，显示了当时的自然科学与哲学的关系.所以，物理学是从哲学中逐步独立出来而成为一门学科的.
而美学对于大多数人来说还是很陌生的，对它的起源和研究对象更是知之甚少.而事实也确实如此，因为美学成为一门独立的学利，公认的时间是从1750年德国哲学家鲍姆加登发表《美学》一书开始，到现在也不过二百多年.而且从经典的学科定义角度来看，它到现在也不能算是一门学科，因为一门学科必须有明确的研究对象，并且已经建立起一个系统的知识体系.而美学的研究对象到现在仍有争议.但一般认为美学的研究对象应包括美论、美感论和艺术三部分.其中美论又有人称之为美的哲学，因为美学起源于哲学.最早的美学问题也是一些哲学家们谈论的话题.到现在也有人认为美学是“艺术哲学”，它只不过是哲学的一个分支.因此，物理学与哲学的起源是相同的——都来源于哲学.
即便如此，就说两者之间联系有多大，仍不会有太多的人接受.因为谈到美，人们联想到的会是绘画、雕塑、山水或是人体美，谁会想到自然科学中的物理学呢？这主要是对美的真正内含不了解所致.“美”是什么？这当然是一个研究了上千年也没能回答的一个问题，但是“美”确实有不同的表现形式.象上面所说的绘画、自然风景以及音乐等，这些是直接作用于人的感官使人感受到的美的形式；另一种美则是必须通过人的感官反映到意识中去，而这些信息必须经过理性加工才能感觉到它的美.这种美体现的是一种内在结构的和谐、有序的理性美，它虽然抽象，不易被感知，但相对于那种外在的形式美却更有内含和深度.曾有位科学家说过“科学家的灵窍，诗人的心扉，画家的慧眼，所感受到的都是同样的和谐，同样的优美.”只是用的方式、方法不同而已.而物理学之美体现的就是这后一种的理性美，从哲学角度来看，物理学具有以下几种美学思想.
（一）真实美
从物理学的研究对象来看，它研究的是物质及其运动的最基本的规律和运动形式之间的相互关系，无论物质还是物质所具运动的规律都是客观事实，不以人的意志为转移，都是真实的.而“真实的才是美的”应是美学的基本原则之一.从物理学的发展来看，也是一个去伪存真的过程：从“地心说”被“日心说”埋葬，从“原子不可分”到现在的“夸克理论”，从时空对立到时空统一等一系列的进步，都说明人类在向真理靠近.而在这个发展过程中，物理学家们那种不畏艰险、探索真理的精神更是体现一种深层次的美.伽利略曾说过“为真理而斗争是人生的最大乐趣”，而他自己也为捍卫真理付出了惨痛的代价.从物理学理论的建立过程来看，也是求真、务实的过程.因为任何一个理论的建立都需要经过观察——实验——抽象一假说——实践——理论——实践的过程.而在这一过程中，实践的检验至关重要.不论理论本身多么完美，提出的人多么权威，只要经受不了实践的检验，就不会为人们所接受.麦克斯韦电磁场理论可以说完美、严密，但如果不是赫兹用实验验证了电磁场的存在，这一理论也不会被人们所认同，爱因斯坦的相对论在很长的一段时间内不被认同的一个重要原因是：当时还不能从实验或实践中进行验证.而牛顿在当时科学界的地位可谓无人与之匹敌，然而他支持的“光的微粒说”因为与实验现象相矛盾而终不被人采纳.
所以物理学，无论从其本身的研究对象来看，还是研究方法、研究过程都是在追求一种真实、一种完美.
（二）和谐、统一的美
自然界本身是一个和谐、统一的整体，支持其运行的自然规律也应具有和谐性与统一性.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.”所以物理学家们所追求的就是这种统一与和谐.
从物理学的发展角度来看，最初的物理知识是零散的，没有很多联系.有些学者的研究也是断续的，因此才不能从自然哲学中独立出来.当人们将这些知识有机地结合起来，发现了它们的共性之后，才建立了物理学的基础，而在此之后又经历了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；实物粒子与场的统一等几次大的综合与统一，才建立起如今的物理学大厦.
从物理规律的内含来看，则无一不是在只求一种和谐与统一.牛顿第二定律F=ma解决了运动与力的关系；而万有引力则将人们周围事物、现象与当时认为是上帝主宰的星体的运动规律统一起来，从而使人们认识到自然界的一切规律都可以通过人类自身的努力来发现；焦尔测定了热功当量使人们认识到热与功的实质上并无差别；爱因斯坦的相对论更是将人们以前认为不可能有联系的时间与空间，物质与能量联系在一起.所以说物理学家们的工作可以说是在发现自然界中统一的规律.
（三）对称美
对称是一种美，这也是美学中的一条基本常识.
物理学是一门以实验为基础的科学，而许多实验现象中都具有对称性；干涉和衍射条纹都是关于中央亮条纹对称的，单摆和弹簧振子都以中心位置为对称点运动的.当学生观察到这些现象时都会为其体现的美感而吸引.
从物理规律来看，动量守恒对应空间平移对称性；能量守恒定律对应时间平移对称性；而空间反演对称性对应宇称守恒定律.一种守恒量必然与一种运动方式相对应.
从物质结构与组成上看，正电荷与负电荷对应；磁铁上N极与S极相对；正电子与负电子相对；正物质世界与反物质世界相对.
物理学中这类例子还可以举出许多，所以对称美在物理学中有充分体现.
（四）简洁美
自然界本身是简单的、和谐的，因此研究方法和规律的表述方式也应是简单的.科学上正确的东西都是简单的.牛顿在他的一份手稿中曾说“真理是在简单中发现的，至于世界，它向肉眼展示出客观事物极其多种多样，在用哲学的理解去概括时，会显示出其内部组成是很简单的，以致理解得如此之好，从这些眼光来看它就是这样，正是上帝工作的完美，以最大的简单性将它们全部创造出来”.牛顿的这段话即说明了科学应具有简洁性，也说明科学家的工作概括来说就是从纷繁复杂的万千事物中寻找其内部存在的简单的规律，即然不同事物可以用同一规律来概括总结，那我们为什么不用简单的形式将其统一起米呢？如果我们对面临的问题感到很复杂，那很可能已经失去了方向.如果有人将其理论说得让人望而生畏，晦涩难懂，那很可能是其在故弄玄虚.真正的科学家都是试图以最精炼的语言、最少的符号、最简单的形式来表达知识.而在这里，数学语言的简捷更加突出，例如：牛顿第二定律F=ma，一个简单的表达式，解决了人们上千年争论的力与运动的关系的问题：力与物体运动速度并没有直接的关系，所以亚里士多德的“力是维持物体运动的原因”的论述是不正确的.爱因斯坦描述质量与能量的关系时只用了E=mc[2]这一关系式；描述光子能量与频率的关系只用了E=hw.这些包含了众多思想与内容的规律，在科学家的笔下竟只是这么简单的几笔.突出了物理规律简洁性.
通过以上分析，我们不难看出物理学中包含大量美学思想，这些思想值得我们在课堂教学中给予体现.它可以培养学生的美学素养，同时调动学生学习物理的积极性.