以“美”诱发学习物理的激情

张益

一、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。

二、物理理论的科学美

现代物理学家杨振宁教授说过：“科学中存在美，所有的科学家都有这样的感觉”。物理学具有简单、对称、和谐与新奇方面的科学美感，是“审美者通过理解、想象、逻辑思维所体验到的美。”

1.简单美。爱因斯坦认为评价一个理论美不美的标准是原理上的简单性。揭示自然规律，物理学具有高度概括性和简明美丽的特点。“宁可寻求简单”是科学家研究物质世界的逻辑和手段。在范畴广泛、现象规律复杂的物理领域中，物理学家把庞大的物理空间缩小为“场”，把纷繁各异的物质称为“粒子、质点”，借助文字和数学表述其内在规律，充分突出简单美的观点。

2.和谐美。和谐是指由于相互之间恰到好处在整体上显示出的协调，它给人以统一、自洽、 对应的美感。科学理论、规律的简单形式要与其深广科学内涵和谐统一才美。物理中的和谐美主要体现在物理理论形式与内容的统一，各个研究领域理论的协调以及物理与其他学科理论和谐方面。牛顿力学被誉为科学美的典范，主要归功于牛顿定律形式简单，内涵丰富，和谐统一。

3.对称美。对称性给人的美感是“圆满、均衡和协调”。人们这样描述对称性：若图形通过某种操作（如时空坐标系的改变，尺度的放大和缩小）又回到它本身，则这样的图形具有对称性。对称性的概念应用于物理，研究对象不仅是图形，还有物理量和物理规律。“对称美”在物理中显而易见。从空间角度看，原子的核式结构、晶体的空间点阵、磁体的两极是对称的；物体的上升下落，圆周运动是对称的；物体的平衡、弹性形变、简谐振动具有对称性；平面镜成像、光与波的反射、电磁场的力线分布更具有对称美。从时间角度看，行星的公转与自转、理想单摆和简谐振动、波的传播都具有时间周期性的对称美。对称性的美学意境引起很多科学家的心驰神往，从伽利略时代开始，物理学家就把追求理论上的对称性作为一种有效的研究手法，并取得了成功。

4.新奇美。“新奇”也是物理美的特点。物理学发展到今天，无论是理论方面还是实践方面都是硕果累累，新颖的发明创造和新奇的理论成果层出不穷。象脉冲星、重轻子的发现；蒸汽机、激光器、电子对撞机的发明；牛顿力学理论、麦克斯韦电磁学理论、爱因斯坦相对论的创立等等都是体现新奇美的物理成就。尤其是物理理论提出的是关于自然界的新知识，具有独创和新颖的特点，这正是其审美价值的所在。“新奇之所以被看作是科学美的重要特征，因为它体现了科学理论发现中的艺术因素。”浏览牛顿著作，我们可以体会到他的力学体系理论所包含的新奇和独创魅力。

三、物理学家的精神美

物理理论的科学美具有很高的审美价值，而物理学家的精神美堪称无价之宝。中学生无论是从哥白尼的故事、爱迪生的发明，或者法拉第的发电机、周光召的原子弹，还是牛顿定律、麦克斯韦方程与爱因斯坦理论都能领略到伟人美的风范。回顾物理学的发展史，可知这座辉煌的殿堂，凝聚了多少人的智慧和心血。其中牛顿和爱因斯坦这两位科学巨人，永远是中学“德育”和“美育”的典范。牛顿（1642—1727）：英国物理学家和数学家，是17世纪科学革命的顶峰人物，因发现力学三大定律和万有引力被誉为“科学之父”。爱因斯坦（1879—1955）：德国物理学家，被公认为人类历史上最具创造才智的人物之一，他独创的“相对论”家喻户晓，他的一生对人类认识宇宙的贡献是巨大的。物理学家被自然中的新奇吸引，激发奇妙的设想，在壮美奇观中进行智力探险，经历曲折艰辛和生死攸关，通过优美的实验以及科学的推理验证假设，从而得出完美的理论。他们这种艰苦卓越的探索过程所包含的艺术创造与献身科学的精神美是无与伦比的。所有的科学家，都具有伟大的思想和天才的智慧，不馁的精神和高尚的品格。他们给人类留下了丰富的物质和精神财富。科学是美的，创造科学的人更美。