物理学中的哲学美

王渊

摘要：物理学是研究自然界最基本的物质运动规律的科学，几百年来，经过历代物理学家的探索与实践，已经建成了一个包括经典和近代物理学在内的，宏伟完整的理论体系，这些理论成果在表述和结构上是那样的严谨和完美，它们所揭示的世界奥秘是那样奇妙而令人信服。翻开物理学的历史，那些闪烁物理学家智慧光芒的成果就像颗颗宝石镶嵌的浩瀚星空，真的是美不胜收[1]。

关键词：简单美；统一多样美；对称美；因果美；矛盾美

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一位科学家说过：“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，同样的富有韵律和节奏.”无论是科学家，还是画家、诗人、哲学家， 最终的目的就是追寻生活和自然界的真善美。

一、简单之美

“真理往往都是最简单的”。好多物理现象，往往都是猜想到最简单的结论上，然后通过逻辑推理论证，大量实验得出来的。爱因斯坦以为：“有可能把自然规律归结为一些简单的原理；评价一个理论是不是美，标准正是原理上的简单性，不是技术上的困难性. [2]”事实上，爱因斯坦的质能方程E=mc2，普朗克的能量与频率的关系式E=hν，牛顿第二定律F=ma，牛顿的万有引力定律 和库仑的电荷静电相互作用定律 等，都是用极其简单的形式表达了理解起来却那么复杂的自然界的规律，难怪人们都赞叹这些定律的优美。所以说物理学的美在于它发现自然界存在的简单性。

二、统一和多样美

世界物质的统一性既是唯物主义的哲学命题，也是物理学的方法论原理之一。无论牛顿是否认识到了这一点，万有引力的发现都在客观上给出了世界物质统一性的一个证明。万有引力定律表明，行星围绕太阳运动所受到的引力，与卫星围绕行星运动所受到的引力，以及地球对地球上的物体的吸引力，都是同一种力。从力学的角度，论证了自然界的物质统一性。高一我们学习了万有引力定律，知道“自然界中任意两个物体间有吸引力，引力的大小跟质量的成绩成正比，跟距离的二次方成反比，作用力的方向在它们连线上[3]。”到了高二我们又学习了库仑定律，知道“真空中静止的点电荷间有相互作用，作用力的大小跟电荷量的乘积成正比，跟距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上[4]。”万有引力与物体的质量有关，静电力与电荷的电荷量有关；万有引力只存在引力，而静电力有引力和斥力，这说明了自然规律的多样性。另一方面，万有引力定律和库仑力定律都遵循距离的“平方反比”规律，表现形式也十分相似，相互作用都是相关“场”的作用。可见，自然界的事物尽管是多种多样的，但却具有统一的一面。从这些侧面我们可以体会到自然界的和谐与多样的美。

三、对称美

自然界和现实社会中有很多对称美的例子：鸟儿飞翔煽动美丽的翅膀，但是它如果只有一只翅膀，它的美将会大打折扣；中外的古代的建筑无不以对称设计为美…………对称美的概念已经自然地进人了人的审美意识。随着近代物理学的发展，人们发现物理学中存在着大量的对称现象。如作用力与反作用力；正电荷与负电荷；正物质与反物质等[5]；还有更加直观的静电场中等量异种点电荷和等量同种点电荷的电场线关于点线面对称，再比如磁场中的条形磁体的磁感线，如图所示，对称美显而易见，淋漓尽致。这些不具备深厚物理学修养的人也能欣赏的对称。让我们切实的感到物理学中有大量的对称美。

四、因果美

因果关系作为客观现象之间引起与被引起的关系，它是客观存在的。物理学中的因果关系是指物质世界中各现象之间存在着客观联系。一个现象由另外一个或一些现象引起，因果关系客观地存在于物质世界的运动和变化之中。这个哲学范畴在于说明，物质世界中各现象之间存在着客观的联系，任一现象自身都是由另外的一个或一些现象引起的，并且它又总会导致一个或一些新现象的出现。这里，引起一定现象的现象是原因，产生的现象是结果。比如说，牛顿运动定律告诉我们力是改变物体运动状态的原因，即是产生加速度的原因，也就是说力是“因”，加速度是“果”。再比如说，法拉第电磁定律告诉我们磁通量的改变会产生感应电动势。磁通量的改变是“因”，产生感应电动势是“果”。

五、矛盾美

辩正唯物主义中的矛盾是指客观事物本身存在着两种既互相对立又互相统一的倾向。毛泽东同志曾经说过“没有矛盾就没有世界”，说明了矛盾的普遍性原理。即无论是自然界、人类社会还是思维，无论过去、现在或者将来，矛盾都是普遍存在的。也就是说“事事有矛盾，时时有矛盾，处处有矛盾。”牛顿运动定律告诉我们力改变物体运动状态，而惯性抵抗外力使物体保持原有运动状态，即力与惯性就是一对矛盾。更深层次的说，质量本身就是一个矛盾体，我们知道只要有质量存在，就有引力存在。因此，现在我们对质量也有了新的认识，它是引力的代名词，我们也把具有这种性质的质量叫做引力质量。还有一个质量，它是与惯性有关的，它具有抵抗外力使物体保持原有运动状态的性质，我们把具有这种性质的质量叫做惯性质量。同一个质量竟然表现出两种截然相反的性质：质量具有惯性使物体在一定程度上抵抗外力而不使物体的运动状态发生变化，但同时具有引力而使别的物体和自身产生加速度而使运动状态发生变化，质量的这种对立的性质统一于物体本身。再比如楞次定律告诉我们感应电流产生的磁场总是阻碍产生感应电流的磁通量的变化。也就是说感应磁场和原磁场的变化是一对矛盾，平时我们教学中总结的“增反减同，来拒去留，增缩减扩”，让我们再次体会到矛盾的魅力。也许自然界本身就是一个对立统一的矛盾体。因而自然界教给我们的是应当辩证的、矛盾的看待分析客观事物和现象。

综上所述，自然界的规律，物理学的美能够反映客观世界本质的科学美，同时又蕴含了哲学美。它的简单、统一、多样、因果、矛盾是那么动人心弦，令人赞叹。

参考文献：

[1]孟智明《物理學之美》

[2]爱因斯坦文集；

[3]人教版物理必修2

[4]人教版物理选修3-1

[5]眭平《物理学之美和物理学创造》