淺談高中物理學(xué)蘊(yùn)含的美
一、對(duì)稱(chēng)美
對(duì)稱(chēng)美，就是物理學(xué)在揭示自然界物質(zhì)的存在、構(gòu)成、運(yùn)動(dòng)及其轉(zhuǎn)化等規(guī)律的過(guò)程中因?qū)ΨQ(chēng)性，而產(chǎn)生的美感�！皩�(duì)稱(chēng)美”在物理學(xué)中的表現(xiàn)有：時(shí)空對(duì)稱(chēng)、數(shù)學(xué)對(duì)稱(chēng)和抽象對(duì)稱(chēng)。
時(shí)空對(duì)稱(chēng)指的是物理現(xiàn)象（或系統(tǒng)）在時(shí)空變換下的不變性。物理學(xué)中的時(shí)空對(duì)稱(chēng)有空間對(duì)稱(chēng)、時(shí)間對(duì)稱(chēng)、時(shí)間和空間同時(shí)對(duì)稱(chēng)三種情形。如在光學(xué)和固體物理學(xué)中出現(xiàn)的空間對(duì)稱(chēng);在交變電流和電磁振蕩研究中出現(xiàn)的時(shí)間對(duì)稱(chēng);物體豎直上拋和斜向上拋運(yùn)動(dòng)的上升過(guò)程與下降過(guò)程中的時(shí)空對(duì)稱(chēng)。
數(shù)學(xué)對(duì)稱(chēng)表示物理內(nèi)容在數(shù)學(xué)形式（圖與式）上的對(duì)稱(chēng)性。如電磁學(xué)中庫(kù)侖力的平方反比定律的公式表達(dá)就是追求跟萬(wàn)有引力平方反比定律的對(duì)稱(chēng)而獲得的。
抽象對(duì)稱(chēng)表示以抽象的方式所反映出的物理內(nèi)容的對(duì)稱(chēng)。即從一個(gè)概念、一個(gè)命題或一個(gè)理論中所反映出來(lái)的對(duì)稱(chēng)性。如在創(chuàng)立廣義相對(duì)論時(shí)，把電磁理論中的洛侖茲不變性作為對(duì)稱(chēng)性假設(shè)。正是這些抽象的對(duì)稱(chēng)性思考，有助于解開(kāi)宇宙密碼，推動(dòng)物理學(xué)發(fā)展。
二、簡(jiǎn)潔美
物理學(xué)的美在于它的簡(jiǎn)潔，它客觀地展現(xiàn)出“簡(jiǎn)潔”的風(fēng)采。但這個(gè)簡(jiǎn)潔是指物理表達(dá)形式的簡(jiǎn)潔而知識(shí)內(nèi)涵的豐富，是簡(jiǎn)潔和豐富，形式和內(nèi)涵的.對(duì)立統(tǒng)一。如一切物質(zhì)都由最簡(jiǎn)單的粒子構(gòu)成。它主要表現(xiàn)在物理學(xué)的理論和方法兩個(gè)方面。
從物理理論的整體來(lái)看，各種物理現(xiàn)象和過(guò)程千差萬(wàn)別，但在本質(zhì)上卻可歸結(jié)為若干基本概念和原理。例如，牛頓定律將宏觀低速條件下各種機(jī)械運(yùn)動(dòng)的規(guī)律組成了一個(gè)秩序井然的集體。這體現(xiàn)了物理學(xué)理論整體的簡(jiǎn)潔美。
物理學(xué)理論的簡(jiǎn)潔美，還表現(xiàn)在組成物理理論的物理概念和物理規(guī)律的表達(dá)方面。作為反映事物本質(zhì)屬性和共同特征的物理概念，是抽象和概括的結(jié)果，它的表述力求簡(jiǎn)潔、精煉。如力是“物體對(duì)物體作用”。物理規(guī)律反映了事物發(fā)生、發(fā)展、變化的規(guī)律，它是觀察、實(shí)驗(yàn)和物理思維相組合的產(chǎn)物，其表述也是在科學(xué)、準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上力求簡(jiǎn)潔，如E=mc2、F=ma等等。
物理學(xué)中的理想化方法是從多維的具體形象中，抓住最具本質(zhì)特征的主要形象，舍棄一些次要形象，建立起一個(gè)輪廓清晰、主題突出的新形象，從而簡(jiǎn)化物理問(wèn)題。例如單擺、質(zhì)點(diǎn)、理想實(shí)驗(yàn)、理想氣體等。顯然，具有簡(jiǎn)潔美。
三、和諧美
協(xié)調(diào)、勻稱(chēng)稱(chēng)之為和諧，和諧是指由于相互之間恰好在整體上顯示出的協(xié)調(diào)，它給人以統(tǒng)一、自恰、對(duì)應(yīng)的美感。物理學(xué)的和諧美主要是指形式和內(nèi)容分別具有和諧性，它主要表現(xiàn)在自恰、對(duì)應(yīng)和互補(bǔ)三個(gè)方面。
自恰，其基本含義是一致，即自身內(nèi)無(wú)不可統(tǒng)一的矛盾。物理學(xué)中的自恰和諧美，主要體現(xiàn)在物理學(xué)各分支理論內(nèi)部以及各分支理論之間的現(xiàn)象、概念、規(guī)律等都是互不矛盾的。例如，牛頓三大定律與動(dòng)量定理、動(dòng)量守恒定律是互不矛盾，相輔相成的。
對(duì)應(yīng)和諧美是指由物理學(xué)不同理論間的對(duì)應(yīng)關(guān)系而展現(xiàn)的物理學(xué)和諧美�！皩�(duì)應(yīng)”是物理學(xué)和諧美的另一表現(xiàn)形式。如電子、質(zhì)子、中子與正電子、反質(zhì)子、反中子體現(xiàn)了物質(zhì)構(gòu)成的對(duì)應(yīng);而質(zhì)能方程E=mc2則體現(xiàn)了質(zhì)量與能量的對(duì)應(yīng)。對(duì)應(yīng)是高級(jí)理論對(duì)低級(jí)理論的包容，或者說(shuō)是低級(jí)理論與高級(jí)理論中某一特定條件下的結(jié)論相一致。如當(dāng)vc時(shí)，相對(duì)論力學(xué)的運(yùn)動(dòng)描述就還原為牛頓力學(xué)的描述。
互補(bǔ)和諧美是由物理學(xué)各部分之間的互補(bǔ)關(guān)系而展現(xiàn)出的物理學(xué)和諧美。所謂互補(bǔ)，就是指彼此間互相彌補(bǔ)、相輔相成。物理學(xué)中的互補(bǔ)主要表現(xiàn)在不同的、甚至是相互排斥的物理理論，從不同的側(cè)面描述物理學(xué)的研究對(duì)象。如光的波動(dòng)性與粒子性，從不同側(cè)面反映了光的本質(zhì)。在這里，波動(dòng)性與粒子性既互斥、又互補(bǔ)。
四、多樣統(tǒng)一美
物理所研究的是從不同事物運(yùn)動(dòng)變化的多樣性中找出它們的內(nèi)在聯(lián)系和共性，這樣就形成了即千變?nèi)f化又統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)美，這也就是科學(xué)美中的多樣性統(tǒng)一美。復(fù)雜的物理學(xué)世界只有統(tǒng)一起來(lái)才有美感。物理事物是千姿百態(tài)、千變?nèi)f化的，反應(yīng)物理事物的特性及規(guī)律的物理知識(shí)也是豐富多彩的，因此，由它們構(gòu)成的物理世界，必然呈現(xiàn)出萬(wàn)紫千紅的景象。但是，自然界又是統(tǒng)一的，客觀物理事物之間存在內(nèi)在的聯(lián)系，通過(guò)這種聯(lián)系使得我們能將各種各樣的物理知識(shí)統(tǒng)一起來(lái)，進(jìn)而形成既千變?nèi)f化又和諧統(tǒng)一的美好畫(huà)卷。例如，牛頓力學(xué)把運(yùn)動(dòng)統(tǒng)一起來(lái)，麥克斯韋把電磁現(xiàn)象統(tǒng)一起來(lái)，光電效應(yīng)把波、粒二象性統(tǒng)一起來(lái)，質(zhì)能方程把質(zhì)量和能量統(tǒng)一起來(lái)，這就是統(tǒng)一美。
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