摘 要：随着人类社会的进步与文明的进一步发展，各学科间相互渗透、影响更趋广泛和深入，当今知识的日趋统一和学科朝各自专业化纵深进展，已成为人类文明发展的大趋势。美育不断渗透进物理教育，日益综合，正是顺应了人类知识大统一的大潮，而探索物理学的美由此展开。

关键词：物理学；和谐美；对称美；简洁美

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1003-2851（2012）-12-0156-01

物理学家是物理科学美的探索者，他们所从事的科学活动总是和追求物理科学美联系在一起，物理学家海森堡曾指出：“科学的探索者们最初往往是在美的光辉照耀下，去认识和发现真理。”物理学家在探索自然奥秘的过程中，把主观目的的追求和客观规律的发现统一起来，创造了物理科学美。那么，物理美具体体现在哪些方面，枯燥的物理公式和概念何谈美感？从物理学的学科特点、交叉特点的动态特点来看，它主要体现在其和谐、简洁和对称。

一、物理的和谐美

和谐是美的基本特征，它是指事物的各部分分配得当、协调一致、有序、均衡舒畅及多样统一。物理中它包括物理对象的和谐美和物理理论的和谐美。

第一，物理对象的和谐美。物理学研究的对象是物质及其运动规律。其和谐美既呈现整体和局部的统一，又呈现在过去、现在、未来的因果链中。比如，物质世界由于质和量的区别使物质结构从整体上形成一个多层次的可以无限分化的有机层次系统。即微观、宏观、宇观。微观可分为夸克、基本粒子、原子核、原子、分子；宏观可分为岩石圈、水圈、生物圈、大气圈；宇观可分为太阳系、银河系、总星系。物质世界表现了间断性和连续性，间断性表现了层次性，连续性则表现了统一性，统一性又呈现在空间的有序结构和时间上的变化和演化，而有机的和谐统一是由于物质世界的开放性和自组织性决定的。

物理对象的和谐美还表现在研究者与研究对象之间的统一和谐。对于无限的宇宙客体，观察者本身就是其中的一部分，必然和宇宙处于不可分割的联系中，而且是特定的宇宙环境演化到一定阶段的产物，也就是说人是宇宙和谐的产物。

第二，物理理论的和谐美。物理理论主要的宗旨是发现物质运动中的和谐。物理对象的和谐统一反映在物理理论中，必然显示出理论的和谐美。物理理论的和谐美具体可表现为统一和谐，层次和谐，互补和谐。统一和谐就是多样性的综合，是崇高美，物理学中物质是实物与场两种形式的统一；物质的运动是机械运动、热运动、电磁运动、核与粒子运动的总和；电磁感应定律统一了法拉第定律和楞次定律。统一了感生和动生两种不同的本质；牛顿力学被爱因斯坦的广义相对论所整合；表面看来似乎相对独立的电场和磁场，由于其交替变化而表现为整齐的麦克氏韦方程组，等等，无一不体现了理论的统一和谐。

物理学中层次和谐的例子不胜枚举。宇宙、地球、分子、原子、核与粒子的运动，就象交响乐团的各种配器，奏出物质世界的雄浑的主旋律。力学、热学、电磁学、光学、原子粒子物理学，它们之间不但相互渗透，还与其它科学形成了许多交叉学科。以相对论和量子论为标志，物理学从时间上被截为经典物理和现代物理，在夸克特性的探索中，人们想象使用了直觉的美感语言描述其不同层次的性质，即量子色动力学和量子味动力学。层次和谐美，美在不单调，美在有节奏，有韵律。

互补和谐表现了一种立体美。在物理学中，唯象与唯理思维的交混，图像与公式描述的并用，理论与实践的互动都是美的例证。在热运动研究中，从微观出发用理论的方法所形成的统计物理学，与从宏观出发用实验方法总结出的热力学更是相辅相成，一个能揭示本质，一个能实验应用；微观粒子的波粒二象性公式E=hv，不但表现了二象性的统一、也表现了二象性的互补。互补表现了和谐美，就象一个交响乐团演奏交响乐，单一乐器按曲谱演奏，不成曲调，当所有的乐器被指挥而互补时，就能奏出浑然一体的立体主旋律。

二、物理的对称美

对称性是指整体各部分之间的相称或对应，如空间上的和谐布局，时间上的节律协和。对称之所以让人产生美感，是因为对称中存在着某种“重复”、“均衡”、“有序”的东西。从本质上说，科学的对称性原则与自然的守恒性是等价的。因此，守恒也是对物理对称美的体现。

对称的图案在我国新石器时代就产生了，到了近现代，对称性原则以它科学美的奇光异彩而格外引人注目。

平面镜成像规律、磁体的两极、电荷的正负、周期、波长、雪花的形状、晶体的点阵结构、交变的电场和磁场相互激发等，无不呈现对称的形式。万有引力定律和库仑定律，动量定理和动能定理，能量按自由度的均分定理，电荷守恒定律和能量守恒定律，都在表述上表现了对称美。对称性已成为物理学研究中的重要指导思想，它启发人们寻找自然界的“另一半”奥斯特发现了电流产生磁场，法拉第便利用磁场产生电流：自然界有物质，于是就可能有“反物质”等等。对称美与和谐美一样，给人们展示出一个漂亮整齐的物质世界的壮观景象。

三、物理的简洁美

简洁，给人以简单、明了、深远、有序的美。物理中简洁美包括客观简单性、分析综合简单性、数学简单性、直觉简单性和逻辑思维简单性等含意。客观简单性是科学家简单性思想的客观基础，它使科学家对规律和理论的简单性产生深厚的信念。分析与综合简单性是物理理论展开的常见方式。逻辑简单性是创立和评价科学理论的基本指导思想。直觉简单性和数学简单性则为科学家提供创造的具体手段和方法。

简洁美给人以集中、明快感。物理学中将力归纳为四种基本力：万有引力、电磁力、强相互作用、弱柜互作用。牛顿运动定律F=ma，理清了无数多运动和力的关系纠纷。广义的巴尔末公式v =R（1/m2一l/n2），则包含了无数多谱线。开普勒生星运动定律为：T2=D3，其形式如此简洁，令人们称其为奇妙的“2”与“3”。万有引力定律公式F=G*m1*m2/r2把宇宙间和引力有关的运动尽收其中，令人产生无尽的遐想。李政道先生说过“最重要的东西往往是最简单的。”，这也许是对物理学简洁美之最通俗的概括。

罗丹说：“生活中并不缺少美，而是缺少美的发现”。我们物理教师只有真正地了解和深深地感受物理学中的美，并能通过自己提供的知识信息，使学生通过教学形式美中介，在美的环境中、美的海洋中、美的感受中，学习物理知识，使其充分领略物理美，从而达到以美辅德、以美启真、以美怡情之功效。