>>>##＊＊＊＊＊＊ >>>###物理美学”初探
一、引言
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。美的存在也是客观事物的一种表现，是一种普遍的东西。我们能够认识美的规律，按照美的规律去创造美。美除了现实生活美（自然美、社会美）和艺术美两种主要的表现形式以外，也普遍存在于物理世界及研究物理世界的科学物理学中。
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。
二、物理美的几种表现
物理美的主要表现形式是用其具有的性质来表现的，这是形式上的表现，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，从这一点上看，物理美的讨论具有一定的复杂性。即使这样，这种划分仍然具有一定的意义。
1．独创性。科学把独创性定义为一种最高的价值，因为只有通过或大或小具有独创性的科学研究成果，科学才能进步。独创性的理论成果给人以新奇美。当我们初次接触到相对论、量子力学、宇宙大爆炸理论时，都有这种美感。建筑结构抗震论文
2．统一性。客观物质世界尽管丰富多彩，但是其本质上具有统一性。那么描述和揭示客观世界的物理现象及物理规律的物理学也是具有统一性的，它显示出一种崇高的美。诚如爱因斯坦所说：“从那些看来直接可见的真理十分不同的各种复杂的现象中认识到它们的统一性，那是一种壮丽的感觉。”因此，
追求理论的统一性，也就成为物理学大师们坚定不移的信念和始终不谕的目标。正如物理学上电和磁的统一理论———麦克斯韦理论。爱因斯坦为相互作用统一耗尽了后半生精力，而电磁作用与弱相互作用的统一，导致了许许多多的物理学家致力于规范场理论，其目的正是为了谋求引力、电磁力、强相互作用、弱相互作用的大统一理论。
3．和谐性。物理学的和谐性主要表现在其学科自身内容协调和形式匀称，而且与其他认识体系是相容的、一致的。理论的各个部分以及各种理论之间的和谐、形式的对称，无疑能给人一种和谐的美感。电磁波与光理论、引力平方反比作用与电荷相互作用的库仑平方律、费尔马原理在力学和光学理论中的和谐、质能关系反映的质量、能量之间的统一性等都存在这种美感。东芝m30
4．简单性。科学的简单性在古代自然哲学家以及近代科学家的永不休止追求中得到了充分体现，简单性揭示了科学的质朴美。
5．预见性。预见性是科学美的又一重要表现，由于客观世界发展是有规律可循的，具有一定的必然性，或者说在一定程度上具有客观的规定性（因果性），所
以描述客观世界发展规律的科学就具有这种特性，这在数学上反映为物理规律满足一定的数学物理方程以及满足一定的统计规律，同时事物的规定性又反映了物理内涵与形式的相互联系、相互统一。如爱因斯坦的诸多理论：时空对称性与力学守恒律，即关于时间反演对称性对应能量守恒，空间平移对
称性对应动量守恒，空间转动对称性对应角动量守恒以及空间反演对称性对应宇称守恒（不过宇称守恒在弱相互作用下被破坏了）。
6．逻辑性。物理学所用的语言除了物理表述以外，绝大多数理论的思维中用了数学语言，具有逻辑性。数学有简炼、严密、精确、理想化等特点，这就使得物理学有可能从实验物理转向理论物理。在物理理论中，物理规律用数学语言描述以后具有形式上的规范性、协变性，从内容上本质更突出、更明了，这种表述给人以简洁的美、协调的美。它是在数学基础上反映了物理世界内部的和谐、统一和简单。利用数和形来描述自然是许多伟大科学家的出发点，用数和形来统一客观世界是否能够实现笔者不敢断言，似乎过于简单化了些，但也不是没有道理。
捷克斯洛伐克电影7．适用性。这里分两个部分来说明：
第一，前面谈过物理学创造了一个人造物理世界，它为人类直接提供了巨大的物质财富和精神享受。电、电磁波、光子器件、半导体、激光、计算机、原子能和平利用以及超导等，无疑给人类文明增添了光彩，这些科学成果难道不能称之为“科学艺术品”吗？当这些“艺术品”给你带来方便、带来快乐时，你能不为此而兴奋吗？这种在局部范围内征服自然的成果给人一种欣慰的美感。
第二，物理运动是自然界最基本的运动之一，因此其运动规律具有普适性，而描述物理运动的物理学则具有广泛的适用性。如19世纪，物理学基础学科曾对化学、冶金学、医学等学科起过巨大作用，尤
其是能量守恒定律更是作为自然界的一个普遍原理为人们所接受。20世纪相继出现了相对论、量子力学等新的物理学理论，又为人类开辟了一个崭新的时代。尤其是量子论、相对论是现代科学技术的两大支柱，在这个基础上出现了固体物理、量子电动力学、量子生物学、量子化学等学科。在技术领域内发展了材料科学、宇航、、计算机等一系列科学，它们如雨后春笋不断涌现。量子论和相对论的出现影响到我们认识世界、征服自然的进程，也改变了人类社会本身。
8．非逻辑性。现代物理学的研究愈是深入愈是表明它的规律具有“非逻辑性”，超越了现有语言。逻辑是西方文明的骄傲，它一直在统治着人类的理性思维，近代物理学的思想与结果颇有点像东方的神秘主义，具有一定的平行性。这里，物理学具有一种朦胧的美、神秘的美。比如波粒二象性、关于测量的思考等，使人不得不对人类与自然的关系进行一些有益的反思，可望重建人与大自然之间的新的同盟，这亦是近代物理学对哲学的主要贡献。
9．“艺术性”。如果说艺术创造美，那么物理也在创造着艺术，它为艺术的创造提供必要的物质基础和一定的理论依据。各种乐器之所以具有不同的音和韵律，你是否注意到其中物理学的贡献，尤其是电子乐器和各种音响设备的出现，更能体现这一点。绘画艺术中更是离不开物理：国外超现实主义画家利用物理学中光声规律创造艺术品；节日的联欢晚会上，五彩斑烂，变幻莫测场面，更是离不开光；一幅全息图惟妙惟肖地真实重现了一个立体物体；这些都能给人以“艺术美”的享受，光学现象大都具有这种美感。
三、美感教育及物理兴趣的培养
烟酒伴侣物理学专业的学生，其中有一部分是主观上愿意学习物理，他们往往对物理感兴趣。这是一种自发的兴趣，其中不乏物理美的影响。但如何就物理美进行专门的美感教育，从系统的、较高层次的角度去培养学生的审美思想，提高其学物理的兴趣，也即培养学生从自发到自觉的学习兴趣及对科学的热爱，无疑对学生创造性思维的培养会起到积极的作用。
美感是审美的客体在审美主体———人的大脑中引起的思维活动。这种从美的观念出发引起人们理智的满足、精神愉悦的过程，同样适用于物理美。因此如何出物理美的观念，是美感教育的重点所在。美感应从两方面谈起：
其一，形象思维方面：这类似于普通美学所研究的内容。其二，理性思维方面：这是确确实实存在的。美感是审美客体在人的思维中引起的理智的满足，而抽象思维，或者说理性思维、数学思维也能做到这一点，这在科学美中尤其突出。科学尤其是建立在以近代数学为工具的理论科学中，充分发挥了人类思维的丰富潜力，在一定感性美的观念上，以科学特有的方式提出假说（并非胡说），建立理论而后为实验所证实。在这方面量子力学为一个典型的例子。这种以数学思维建立物理理论的方式也能引发美感。正是这种美感引导着许多的物理工作者为科学而献身———因为他们深信物理是美的，他们因体验到美而陶醉。
物理学的许多文章，其表述之完美令人十分愉快，有时令人向往。爱因斯坦在谈到相对论中的引力场时曾写到：“这个希望已经以极其美妙的方式实现了。甚至不是数学家也必然会清楚地看到，由于补充了此种纯粹形式上的知识，使相对论能为人们明了的程度增进不少。”当然，形式的统一标志着内部本质的联系，比如麦克斯韦电磁理论以一种完美的形式出现，其美却不限于形式，而在于它揭示了电磁运动的物理本质。物理美感是与其直觉性、情感性、功利性、主观性分不开的，因此在教学中也应从其他的几个方面引导，激发和培养学生去体验美、认识美、创造美。实验教学是物理学教学中一个必不可少的环节，学生可以为完成一个实验，也即重复前人的工作而得到一个物理定律或定理的证明而欣慰，他们能体验到这种美，若他们能独立完成一件工作，比如组装一台仪器，那他们会为自己所创造的“艺术品”而满足，若他们能在实验中发现某些问题，从而设法得到解决，那么他们的热情会在很大程度上被激发起来，表现出美感的情感性。
所谓学习兴趣，就是爱好某一活动或力求认识和创造某种事物的倾向性。爱因斯坦说过：“兴趣是最好的老师。教育应当使所提供的东西让学生作为一种宝贵的礼物来接受，而不是作为一种艰苦的任务要他去负担。”这正是我们探讨美感教育的出发点。
四、物理美育与创造性思维
钱学森把人类思维划分为抽象思维、形象思维、灵感思维、社会思维四类，那么物理思维属于哪一类呢？这可以从物理学研究问题的方法来探讨这个问题。
物理学研究的方法是采用观察、实验、假说、理想化模型而形成理论，这种
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