物理中的美学
物理中的艺术与美学
物理中的艺术与美学物理学作为一门自然科学，研究的是物质、能量和它们之间的相互作用。
然而，除了深入探索自然规律和物质世界的本质，物理学也蕴含着许多令人惊叹的艺术与美学。
本文将探讨物理学中的艺术性和美学价值，以及它们如何与科学研究融为一体。
一、优雅的数学美学物理学与数学密不可分，数学作为物理学的语言和工具，为研究者提供了一种优雅的表达方式。
物理学中的公式、方程和推导都借助于各种数学原理和方法，这些数学工具的运用使得物理学的推理过程更加精确且可靠。
菲涅耳的衍射理论和麦克斯韦方程组是物理学中的两个重要例子。
菲涅耳的衍射理论通过数学上的复杂积分和波动方程，描述了光的衍射和干涉现象。
这些理论的数学形式十分优美，将自然现象与纯粹的数学相结合，给人留下了深刻的印象。
同样，麦克斯韦方程组也体现了一种宏伟的数学美感，并为电磁学的发展奠定了基础。
二、实验与观察的视觉艺术在物理学的研究过程中，实验与观察在发现新现象和验证理论方面起着重要的作用。
实验仪器的设计和搭建往往需要物理学家充分发挥他们的创意和想象力，以确保实验过程的准确性和可重复性。
举个例子，电子显微镜是一种非常重要的实验工具，它能够通过电子束来观察样品的微观结构。
在使用电子显微镜观察时，科学家不仅可以清晰地看到物质的微观形态，还能欣赏到其令人叹为观止的美丽。
比如光的干涉与衍射现象在电子显微镜下的呈现，以及金属晶体的纹理、多层石墨烯结构的奇特图案等，都展示了物质世界的独特之美。
除了实验观察，大自然本身也以其奇特的景象和自然现象展示着物理的艺术美。
闪电的瞬间、日落的余晖、彩虹的霞光等自然景观以及天文现象如星系的演化、黑洞的吞噬等，都使我们领略到了宇宙万物的壮丽与奥秘。
三、理论和模型的美学构建物理学研究的重要目标之一是建立一个能够解释和预测各种现象的理论或模型。
优秀的理论或模型不仅需要具备很高的科学价值，还需要在美学上具备一定的魅力。
例如，爱因斯坦的广义相对论是描述引力现象的理论，这个理论不仅在科学上引起了巨大的变革，而且其数学形式和几何观念的创新也令人惊叹。
浅谈初中物理教学中的美学教育
浅谈初中物理教学中的美学教育作者：王俊华来源：《中学物理·初中》2014年第02期师者，传道授业解惑也.初中物理教师要使学生在学到物理知识的同时，还要使学生从物理学习中受到美的熏陶、汲取美学的营养.笔者认为，这样的物理教师一定很受学生爱戴.世上万物都是美的，物理是一门自然科学，自然科学其实更美.“三种基本色光按不同的比例混合可以得到千万种颜色”是物理的繁华之美，“力的平衡”是物理的和谐之美.“静止状态”是物理的凝固之美，“物态变化”是物理流动之美；“光的直线传播”是物理直观之美，“声和光的反射现象”是物理婉转之美.只要你有一双发现美的眼睛，有一颗感悟美的心灵，初中物理教学处处洋溢着美.1感受物理的规范美、严谨美规范的格式、准确的措辞、美观整洁的书写既有利于培养学生严谨的治学态度，又能给人以美的享受.物理公式要用到许多的希腊字母，教师要指导学生如何写好希腊字母，否则物理公式很难写漂亮.比如密度用ρ表示，是八年级学生遇到的第一个难写的希腊字母.笔者让学生从下往上起笔，并带有一定弧度，收笔圆润干脆，不拖泥带水.教师亲自示范，学生互相评比.选书写最佳的到黑板前示范.一定要让初中生写出的物理公式美观整洁.初学物理，许多物理专有词语对八年级学生而言，是模糊不清的.教师一定要把这些易混淆的词语收集到一起，让学生仔细区别.比如“溶化、熔化、融化”三个词，用法是不同的，在学习物理之前，学生们通常容易混淆.“溶化”指固体溶解在水或其它液体里.九年级化学“溶液”这一章用得较多.例如：“盐放进水里，很快就溶化了.”“两块冰糖搁进杯子里的水中，慢慢就在水里溶化了.”“一勺鸡精放到汤里，搅拌几下就溶化了.”“这种胶块儿放进酒精里溶化得比较快.”“熔化”指物质由固态变成液态.八年级物理“物态变化”这一章用得较多.例如：“当铁被加热到1535 ℃，且不断吸热，铁块就会慢慢熔化成铁水.” “激光产生的高温，能在瞬间熔化钢铁.”“大块状的沥青倒进大锅，加热后就熔化了.”“融化”这个词，在文学作品中用得较多，文学色彩较浓.在语文上专特指冰、雪、霜受热后化成水.例如：“初春，太阳照在桑干河上，冰开始融化了.”“太阳照射不到的地方，积雪融化得比较慢.”“太阳升起来后，花坛上的霜慢慢融化了.”“时间、时刻”这两个词，在学完机械运动这一章，就要让学生明白，这两个词在物理上其实有着严格的区别.时刻一定是某个时间点，1点整就是时刻. 时间是两时间点中的一段，比如“在滨江公园里，我们玩了20分钟”，这个“20分钟”就是指时间.如果借用数学语言表示，时刻是数轴上的一个点，时间是数轴上的一个线段.“烟、雾”：“烟”指的是固体小颗粒悬浮在空气中.“雾”指的是悬浮在空气中的许许多多的小液滴.比如说浓硝酸，浓盐酸的挥发，能在空中看到白雾.而一般化学反应生成的固体小颗粒就叫做烟.比如说白磷在空气中燃烧.金属钠与氯气发生化学反应，生成了氯化钠小颗粒固体，漂浮在空气中就叫做白烟.所以烟其实是固态，雾是液态.它们都不是气态.“物质、物体”：“物体”是由“物质”组成的.没有不是由物质组成的物体！但是物质不一定都能够组成物体，比方说，磁场是物质，但没有由磁场组成的物体.物体可以由不同物质组成，比如说桌面、桌腿可以是木头的，连接处可以是金属的.我们常用这样一句话让学生来体会“物质”、“物体”的区别：“铁锤和铁钉是两个不同的物体，但它们都是由同一种物质…铁‟构成的.”区分了以上词语以后，学生会从内心里觉得：物理是一门很严谨的学科，规范和严谨其实就是一种美.2体会物理的思想美初中主要的物理思想方法有观察法、比较法、控制变量法、等效替代法、转换法、类比法、理想化物理模型法、放大法、图像法等.在实际解题时，还要有能量意识和整体思想.从能量角度考虑，不必考虑过程中的细节，因而具有一定的优越性.有时能将题目运算大大简化，甚至不必计算就能将难题解决.如图1所示，把一个质量分布均匀不可伸长的绳子的两端悬挂在天花板A、B两点上，如果在绳的最下端c处用一个竖直向下的拉力缓慢向下拉成如图1所示的“V”字形，则绳子的重心将A.下降B.升高C.不变D.无法确定即便绳子质量均匀，绳子的重心对初中生来说，还是难以确定.当用力将c往向下拉时，拉力对绳子做功，天花板对绳子的两个拉力由于没有在力的方向上移动距离，所以天花板对绳子不做功，而绳子在拉之前和拉之后，绳子的动能均为为零.所以，做功的结果只能是绳子的重力势能增加，绳子的重心升高.或者反过来，当撤消外力后，绳子会上下跳动许多次才能停下来，这是因为重力势能和绳子的动能在相互转化的缘故.也就是说，撤消外力后绳子的重心会下降.故拉绳子c处时，绳子的重心是升高的.系统是由相互作用、相互依赖的各部分组成的有机整体，用系统观点分析、处理问题的方法称为整体法.从整体考虑，可以使问题处理得到简化.如图2所示，静止在光滑水平面上的小车，受到手持磁铁的吸引，整个系统的运动情况是A.向左运动，越来越快B.向右运动，越来越快C.运动状态不会发生变化D.条件不足，无法判断分析小车和磁铁之间力的作用是相互的，对于小车和磁铁整个系统而言，在水平方向上是不受力的，原来静止的还将保持静止.如果单独对小车或磁铁进行受力分析，都将麻烦而难以解决.通过这两道题，学生一定会感到物理思想之美.3体会物理的真实美流体在流速大的地方压强小，在流速小的地方压强大.在处理这个知识点时，笔者常常采取这样的实验引入新课：取一个吹风机，让它竖直向上只吹冷风，然后将乒乓球放置于风口，左右移动吹风机，乒乓球一边随着吹风机左右移动一边跳舞.甚至我们还可以用一只铁圈从左向右凭空套过乒乓球.学生会很惊奇，为这种奇妙的物理现象所叹服.物理之美已经将学生牢牢地征服.这时，再来分析乒乓球为什么不会掉下来，学生就会很感兴趣，水到渠成.学习物态变化时，我们把固体分为两类，晶体和非晶体.为什么取这样一个名字呢？书上没有讲，笔者借机给学生补充并进行美的熏陶：晶体是原子、离子或分子按照一定的周期性在空间排列，在结晶过程中形成具有一定规则的几何外形的固体.晶体在天然状况下通常呈现规则的几何形状，比如食盐呈立方体；冰花呈六角棱柱体；明矾呈八面体等.雪花是冰的天然结晶，所以会有规则的外形.其实雪花的个体是极其微小的，大约5000颗雪花总质量不过才1克，所以，很多同学并没有仔细观察过.教师适时推出一组雪花图片（见图3），学生大呼过瘾.大自然的神奇、物理的对称美，已经深深印入学生脑海中.4领略物理的和谐美、统一美给学生心灵上切实的震撼、意想不到的感觉就是物理的和谐统一之美，它会激发学生学习物理的兴趣.例如，一个地质勘探小分队，在野外河边休息时发现了一种矿石，他们非常想尽快知道这种矿石的密度大约是多少，但是手中只有皮尺、直木棍和针线包中缝衣服用的针和细线，请你帮助他们利用现有的物品，设计一个测定矿石密度的方案，并推导出计算矿石密度的表达式.操作步骤如下：（1）在直木棍上选一固定点作为支点，用细线把直木棍悬挂起来；（2）如图4，使木棍在水平位置平衡；（3）分别量出悬挂矿石和石块的点到支点的距离为l1和l2；（4）将矿石浸没在水中，移动石块直到木棍再次水平平衡；（5）量出悬挂石块的点到支点的距离为l3（如图5）；（6）计算矿石密度ρ矿=l2 l2-l3ρ水.解析如下：F1l1=F2l2.第一次杠杆平衡得G矿l1=G石l2，即ρ矿gV矿l1=G石l2（1）第二次杠杆平衡得（G矿-F浮）l1=G石l3，即（ρ矿gV矿-ρ水gV矿）l1=G石l3（2）由（1）和（2）可解得ρ矿=l2 l2-l3ρ水.这时，引导学生回忆浮力一个固定知识块：一个实心物体在空气中的重力为G，浸没在水中时受到的拉力为F拉，那么物体的密度为：G G-F拉ρ水.解析如下：因为F浮=ρ水gV排，所以V物=V排=F浮ρ水g=G-F拉ρ水g，ρ物=m物 V物=m物 V物=G/g G-F拉ρ水g=G G-F拉ρ水.笔者再次引导学生：图4和图5的装置可理解为是一把秤，一把测重力的秤，在空气中的示数为l2，浸没在水中的示数为l3，这样两个题目的结果就实现了完美统一.和谐和统一在这道题中得到完美的诠释，美再次在物理教学中得到体现.5在物理习题教学中渗透美学教育物理规律肯定是美的，运用物理规律解决问题同样蕴含着美.比如在物理习题课上，教师可以让学生在美学思想的指导下，从美的角度思考，有时可以帮助学生理解，减少错误的发生.如图6所示的电路，三个电阻是串联、并联还是混联？一直以来，笔者发现学生对这种类型的题目比较头疼.笔者处理这道题的方法之一就是先把三个电阻用不同的颜色区别开来，然后将电路进行等效转化，转化过程如下图所示：学生觉得物理原来可以这么美，不必听老师枯燥的讲解，只要将图形变换竟然也能把复杂的题目弄懂.可以预见，学生一定会被物理所折服，并深深爱上物理.物理的美还表现在很多方面，比如物理的简洁之美：牛顿只用看似简单的三条定律就概括了物质世界纷繁复杂的力和运动现象，麦克斯韦只用四个方程组就让电和磁实现完美统一等.在初中物理教学中，我们也要引导学生巧妙运用物理规律，简单直接地解决繁杂问题，用巧劲解难题.在初中物理教学中，教师要是能有意识地挖掘物理这门学科美的因素，对初中生进行美的教育，不仅能使初中生更好地掌握双基，还能使初中生在受教育的同时体验到美、享受到美，把物理学习变为一种高级的审美享受，让初中物理学习不再是负担，而是短暂人生中的一段快乐旅程.使得初中生能充分发挥主观能动性，真正意义上从被动学习转为主动地学习.。
物理学中的美学对称性和宇宙的和谐
物理学中的美学对称性和宇宙的和谐物理学是一门研究自然界和宇宙的学科，而在物理学的研究中，美学对称性扮演着重要的角色。
美学对称性指的是物理定律在不同的变换下保持不变的特性，它与宇宙的和谐相互关联。
本文将探讨物理学中的美学对称性，以及它与宇宙和谐的关系。
一、美学对称性在物理学中的应用1. 对称性在基本粒子理论中的应用在基本粒子理论中，对称性是非常重要的概念。
例如，玻色子和费米子之间的对称性被称为超对称性，它被认为是理解宇宙结构和宇宙宇称不对称性的关键。
超对称性的存在对于物理学家们来说具有重要的意义，因为它可以解释我们目前未能发现的粒子，并揭示出宇宙的更深层次的结构。
2. 对称性在相对论物理中的应用相对论物理是研究时空结构和引力的理论。
在相对论物理中，洛伦兹对称性是起到重要作用的对称性之一。
洛伦兹对称性指的是在任何惯性参考系中的物理定律保持不变。
这一对称性的存在使得我们能够在不同惯性参考系中正确描述物理现象，从而建立起相对论物理的基本框架。
二、美学对称性与宇宙的和谐1. 对称性与宇宙演化的奇点问题宇宙的演化过程中存在着一些奇点问题，如大爆炸理论中的初始奇点和黑洞理论中的奇点等。
美学对称性能够提供一种解释这些奇点问题的方式。
在大爆炸理论中，对称性的存在可以解释为宇宙初态的高度对称性，从而使得初始奇点问题得到一种合理的解释。
2. 对称性与宇宙结构的形成宇宙结构的形成是一个重要的物理问题。
在大尺度上，宇宙的结构呈现出高度的对称性，这种对称性使得宇宙具有美学上的和谐。
例如，宇宙微波背景辐射的均匀性和各向同性，正是对称性的结果。
这种美学对称性为我们提供了理解宇宙起源和演化的线索。
三、对称性的破缺与宇宙的多样性尽管对称性在物理学中扮演着重要的角色，但在宇宙的演化过程中，对称性常常被破缺。
对称性的破缺导致了宇宙的多样性和复杂性。
例如，电弱对称性在宇宙早期被破缺，从而产生了粒子物理中的一些基本粒子和宇宙结构的形成。
这种对称性的破缺在宇宙的多样性和和谐中发挥了重要作用。
物理学中的美学探索
［ 摘
要 ］ 从 “ 型化 、 模 简洁化 、 和谐化 、 多样 统一化 ” 几方 面介绍 了物理 学 内在 的美， 等 激
发人们在 美感的引导 下， 以良好 的心态 ， 的心情 ， 愉悦 自觉、 主动地去 学习和 掌握物理 学知识 。
［ 关键词 ］ 物理 学 ； 美学 ； 激发
［ 中图分类号 ］ ６２０ ［ Ｇ４ ． 文献 标识码］ ［ Ａ 文章编 号］０８— ０９ ２ １）３— ０３— ３ １０ ８５ ｛０００ ０６ ０
探索者们 最初往 往是 在 美 的光 辉 照 耀 下 ， 去认 识
具有 本 质特征 的主要 表象 ， 次要 表象 ， 出主 舍弃 突 题 的新形 象 。如 质点 ： 当物体 的大小 和形 状对 其 运动 的影 响很小 时 ， 不考虑其 大小 和形状 ， 就 从而
把物 体看作 一 个 具 有质 量 的点 。这 就 是说 ， 考 不 虑其 次 要表 象 ， 略其 形状 、 寸 大小 ， 忽 尺 而突 出其 主要 特征 ： 点和 质量 ， 而形成 了极具个 性 的新形 从 象 。例如研 究地 球 绕 太 阳公 转时 ， 由于 地球 至 太 阳的平均距 离 约 为地 球半 径 的 １４倍 ， 地 球 上 ０ 故
［ 作者简介 ］ 汪涛（９ ２～） 男， １７ ， 湖北成宁人， 宁职业技 术学院电子信 息工程 系副教授 。 成 ６３
思茅师范高等专科学校学报
审美 理论认为 ： 那些在特定 条件下 ， 激物被组织 刺 得 最 好 、 规 则 和 具 有 最 大 限 度 的简 单 明 了 的 最 “ ， 给人 以相 当愉 悦 的 感 受 。物 理学 的美 ， 形” 会
物理学是一 门 自然 科 学 ， 规 律是 对 客 观世 其
浅议物理学中的美学
浅议物理学中的美学物理学是一门揭示物质存在与运动规律的自然科学。
它科学地揭示了自然规律，同时也展示了自然、人类与科学的艺术魅力。
物理中有自然的美，也有科学和艺术的美。
一、物理学的美表现在以下几个方面：1.物理学发展过程中的精神美在物理学发展的过程中，物理学家在探索物理学规律的艰辛旅程中，一方面总是伴随着对美的热烈追求，另一方面又强烈的表现出他们精神上的种种美德。
哥白尼与托勒密地心说的决裂，就是有其执着追求美的因素，他深信完美的理论在数学上应该是“和谐与简单”的。
托勒密为了解释天文观测的现象，引入了许多“均轮”、“本轮”，使得天文理论既复杂又失洽。
2.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。
3.物体的运动美宇宙中的一切物体都在永不停息的运动。
物理学中声、光、电的传播，电子的旋转，天体的运动等都体现出美的旋律。
像直线运动表现的刚性美;曲线运动表现出柔性美;匀速运动呈现节奏美;变速运动呈现出变化美。
4.物理规律的简洁美简洁美是以简单、洁净呈现其美感，简洁美是科学美的特征之一。
自然界的现象是错综复杂的，然而自然界本身却是简单和谐的，因此研究的方法和规律的表述方式也是简单的，科学家们用最精炼的语言，最少的符号，最简单的形式来表达知识。
浅谈物理学中的美学
浅谈物理学中的美学笔者以物理学中的美感入手，探究物理之美对大家的作用与对学习物理的促进作用。
在许多人心中，科学和艺术是风马牛不相及的两个领域学追求的是严谨，是理性的演繹；而艺术追求的是美感，是灵感的发挥。
两者南辕北辙，毫不相干，真是这样吗？标签：和谐奇异美；简单对称美；审美观；热情；情操一、物理学中的美物理教育是为了培养学生认识宇宙，让学生从繁杂、混乱无序之中，整理出统一的、简洁的秩序和规律。
这里所谓的“秩序”意味着真理与和谐。
而审美教育是为了让学生从零散、无序的艺术哲学之中整理出令人神往的秩序和规律。
可见，物理教育与审美教育都是为了秩序，追求“规律”，只是学科不同，相应的教育方式和方法不同而已。
以下我们看看物理学中美的体现与作用。
1.和谐奇异美古代思想家把美与和谐画上等号，希腊古典时代的大哲学家们认为，美在于和谐，美应当是完美的，千百年来，这些观点深刻地影响了一代又一代的科学家，所以无论是地心说还是日心说都认为天体运动是最完美，最和谐的匀速圆周运动。
又如海市蜃楼现象，在风平浪静的海面上，有时会突然出现亭台楼阁、城郭古堡、村庄小岛等幻影，虚无飘缈、变幻莫测、宛若仙境，给我们呈现了奇异的美。
2.简单对称美在美学中，“对称”是形式美的表现，如空间上的对称，体现为：在运动学中，如机械振动，又如在物体竖直上抛运动与自由落体中的对称；在光学中的镜像对称。
在时间上的对称，体现为：单摆运动中的时间，交变电流与电磁振荡中的时间对称。
物理学公式、定律表达方式上和理论结构上所反映的对称性更是不胜枚举。
如电磁学中静电力的库仑定律就是追求跟万有引力平方反比定律的对称而获得的。
也正是由于对称性，让法拉第在奥斯特发现“电生磁”后，坚信“磁也能产生电”，并坚持实验了十年，终于取得了成功，才有了我们现在的电气化时代。
物质世界的运动形式最简单，比如：光沿着最简单的直线传播；行星沿着简单的几何曲线──圆、椭圆运动。
物质世界的组成也最简单，由基本粒子组成。
关于当代物理学中的美学
关于当代物理学中的美学在日常的物理教学中，关于美学的应用随处可见，比如平时的教学中带电粒子在电磁场中的运动轨迹有规律性、规范作图后呈现出对称美感，电路图的直线和曲线交差等，这些均对物理学教学中美感的提炼有着直接的影响，甚至从物理学的起源角度来看，伽利略、哥白尼等对于真理的追逐亦然是对物理美的追求，如地球究竟是椭圆形还是圆形，地圆学说还是太阳学说，甚至就物理学中使用到的工具如直尺、圆规、圆柱以及圆锥模型等，这些工具所呈现出来的硬朗和柔美，包括圆形从线条角度延伸开来的无限空间等，均可以让学生们认识、理解和触摸到美的存在和美的要义。
如何在课堂教学中使用“物理美”进行美感式教学，如何在新课改的要求下，利用美感教学来帮助学生提高对物理审美的眼界和标准，此类，对于教师的日常教学来说，均非常必要。
从这一角度来进行延伸，将当前物理学机械的运动规律和电、磁、光等与现有规律整合并统一起来，教师从红挂件的角度为学生们在指导教学时，就可以更加方便的将一些现有理论中假设出来的概念和理论通过其他可以触摸到的现实实验来进行互换性的延展，比如牛顿力学的美感和麦克斯韦的电磁学理论要融合在一起之后才能成为一种更为美丽的爱因斯坦的相对论。
而原子、离子、分子等的有效融合又将宇宙间的万事万物用最为和谐的方式统一在一起，学习在某些意义上也是对美好和美感的追求与执着。
关于物理学教学中对美感的有效使用物理学是一门基础学科，在其中蕴含的动态美学，又因为相互之间的差异而有了新的意义。
对称、离合、缺口等均是在这样一个既平衡又不平衡的状态下所创造出的奇异美感世界。
因此，在当前的新教改要求下，在课堂教学中融入美感式教学则会将物理课堂教学引入一个更高、更为和谐的领域中来，而这些均离不开对知识结构所进行的合理性、科学性的分析和整合。
（1）引入简易化试验，用亲身感知物理美任何学科的知识结构都是均衡的，都需要教师或者在教师的带领下帮助学生来梳理出一个明白清晰、结构简洁、有序统一的科学性思路来。
物理学的美学准则
物理学的美学准那么“稻花香里说丰年,听取蛙声一片〞,无人不为这句诗词所描绘的大自然的美景而感慨。
自然界的美通常意味着一种和谐匀称的景象,物理学也不例外,不过作为描述自然界中物质根本结构和运动规律的一门学科,它的美更朴实。
本文要说的是：什么是物理学中的美,即物理学中的美学准那么是什么,它们在物理学中发挥怎样的作用？简单、对称、统一就是物理学之美。
从某种意义上讲,它们是评价物理学理论的最高标准。
首先谈谈简单性。
自然界的现象是错综复杂的,然而背后隐藏的规律确是简单的。
物理学正是建筑在这一根底之上,任何物理理论,归根到底只有少数几条根本的假定：经典力学建立在牛顿三定律之上,电动力学建立在法拉第的“场〞和麦克斯韦方程组之上,狭义相对论建立在狭义相对性原理与光速不变假定之上,量子力学建立在波函数与薛定谔方程之上……这些简单的假定是从大量的自然现象和物理实验中抽取并提升出来的,然而,建之于上的物理理论反过来却能解释几乎所有的自然现象,并在生产实践中得到广泛的应用,极大的推动生产力的开展。
有两个理论,几乎能解释同样多的事实,谁简单,物理学将选择谁。
考虑一个简单的问题,为什么人们最初都认为太阳及其它行星围绕地球转,而不是行星〔含地球〕围绕太阳转？这也是出于简单性的考虑：人们最初天文知识少,只能通过肉眼观察；太阳朝起夕落,认为太阳及其它行星围绕地球转自然是方便的事情。
但是随着技术的进步,人们的天文观测越来越精密,为了解释“太阳系〞的许多现象,如地球的四季变化,日食和月食,土星、木星位置的异常变化等,伟大的几何学家托勒密在前人的根底上创立了严密的“地心说〞,解释了当时的绝大局部观察现象。
“地心说〞的根本要义是：〔１〕地球是圆的, 静止地位于宇宙的中心；〔２〕太阳及其它行星绕地球转动,根本轨道〔称为１级轨道〕是圆周,一般来说,太阳或行星并不恰好处于１级轨道上,而是绕１级轨道上的点作半径更小的圆周〔称为２级轨道〕运动。
这样,整个“太阳系〞就像一个齿轮嵌套体系：１级轨道是一些大齿轮,２级轨道是一些较小的齿轮,大齿轮传动小齿轮。
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物理与美学
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。
美的存在是客观事物的一种表现，我们能够认识美的规律，按照美的规律去创造美。
而物理学是一门揭示物质存在与运动规律的自然科学。
它科学地揭示了自然规律,同时也展示了自然、人类与科学的艺术魅力。
物理中有自然的美,也有科学和艺术的美：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。
1.物理现象的自然美
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;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。
2.物理规律的简洁美
简洁美是以简单、洁净呈现其美感，简洁美是科学美的特征之一。
自然界的现象是错综复杂的，然而自然界本身却是简单和谐的，因此研究的方法和规律的表述也是简单的，科学家们用最精炼的语言，最少的符号，最简单的形式来表达知识。
正如爱因斯坦所说：“真实的世界在逻辑上总是简单的。
”所以，作为反映物体运动变化规律的物理来说，那种最简洁的物理理论最能给人以美的享受，物理美的简洁性并不是指物理内容本身简单，而是物理理论体系的结构和物理规律的数学表达形式简洁。
例如：运动和力呈现出的关系“F=ma”如此简明；质能方程E＝mc2，形式简单，内容却极其丰富；麦克斯韦方程组把复杂的电磁规律建成一个简单对称的理论体系；被物理学家们争执了一百多年的“热”，却仅以十个字做了结论：“大量分子的无规则运动。
”仅仅十个字，真是简单科学!物理学中的理想模型更具有简单美的特征。
就如质点、单摆、理想气体、电磁场等，这些犹如一幅幅生动形象的简笔画，把物体的特征和个性勾画得淋漓尽致，既简单又合理，既抽象又形象。
3.物理规律的和谐美
自然界本身是一个和谐的整体，支持其运行的自然规律也应具有和谐性和统一性。
而以其为研究对象的物理学必然会体现这一特性。
爱因斯坦曾说过“如果不相信我们的理论结构能够领悟客观实在；如果不相信我们的世界的内在和谐性，那就不会有任何科学。
”和谐给
人以一种恰如其分、浑然一体、轻松自如的美感。
物理的和谐美，是物理理论揭示自然界物质存在、运动及其转化等规律整体上的和谐性而产生的美感。
在微观领域中，原子世界是一个和谐的世界，核外电子绕核运动，分子间存在相互作用力；在宏观领域，像晶体是一种典型的有序的和谐结构，这种由若干平面围成的多面体具有规则的外形，其各个几何平面之间的夹角固定不变；在宇宙领域，各种星系、各种天体尽管进行着复杂的运动，但在一般情况下各种星体的运行轨道又是有规则的，如月球一边自转，一边还绕地球公转，旋转的速度和轨道也几乎没有差错，宇宙太空各天体的运动配合得如此默契和谐，像是在合奏一首雄伟壮丽的交响曲。
科学家们追求着这种统一与和谐。
他们将最初零散的物理知识有机地结合起来，建立起物理学的基础后，再通过热力学与统计物理学的统一；电、磁规律的统一；时间与空间的统一；物质与能量的统一；实物粒子与场等几次大的综合与统一，建立起如今的统一的物理大厦。
4.对称美
对称美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。
科学美中的对称美来源于自然界物质形态美及其运动图景所具有的广泛对称美，借助于建筑美学很容易理解对称美概念。
人类传统美学中的对称仅指人们感性意识中的三维空间的对称，而物理学中的对称美既有物理现象的对称美，比如引力与斥力，“电生磁”与“磁生电”，粒子与反粒子，物质与反物质等等；还有公式的对称如：
动量守恒定律表达式 '22'112211v m v m v m v m +=+
机械能守恒定律表达式 2222112
121mv mgh mv mgh +=+ 理想气体状态方程 2
22111T V p T V p =
等都具有平稳庄重的对称美。
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。
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。
例如牛顿发现万有引力(F=Gm1m2/r2)和库仑的静电力(F=Kq1q2/r2)非常对称;法拉弟受奥斯特“电生磁”现象的启发之后发现了“磁生电”的现象,进一步揭示了电磁联系;后人还发现电场和磁场在规律上有许多惊人的对称关系。
物理学家劳厄曾把物理公式上极端精练和庄严稳重的对称结构称之为“美学上真正完美的对称形式”。
{ 5、新奇美
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;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，M 理论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。
”}
物理的创造性就表现在发现新现象、解释新现象和预言新现象，这就是一个发现美、认识美、创造美的过程，在这个过程中，每一个人对美的体验不尽相同，如果能够通过一定方式去激发起这种热情，那么对于从本质上掌握美是大有裨益的。