美与物理学-世纪大讲堂

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美与物理学-世纪大讲堂

在上集,杨振宁博士从小时侯谈起,回忆自己在清华的少年时光,他说到清华的每一棵草,我都研究过。当问到他想没想到有一天会获得诺贝尔奖,杨振宁先生如是说:

我喜欢东看西看各种书,看见了一本书叫做《神秘的宇宙》,这个是一个叫做亚瑟·艾迪顿写的,当时被人翻译成中文,我在念中学的时候看了这书,我觉得非常有意思,它讲的是二十世纪到那个时候为止,所发现的一些新的物理学的一些现象跟理论,那么,我对这很发生兴趣,所以回家以后就跟我父亲、我母亲开玩笑,说我将来要得诺贝尔奖金。

在说到他如何研究美与物理的关系,杨振宁通过大物理学家狄拉克和海森伯对物理学研究的不同风格和不同见解,进一步阐述物理学的内在美,并指出海森伯的量子力学是物理学上的大革命。)

杨振宁:量子力学是物理学史上的大革命,我想也是人类的历史上一个大革命,不讲它对于纯粹物理学的贡献,单讲大家可以了解到的对于日常生活的贡献,核能发电、核武器、激光、半导体元件以及今天的计算机通信工程,所有这些工程都不可能发生。

(掌声)

杨振宁:那么底下我再大概讲一下子电磁学发展的经验,电磁学是十八世纪库仑他们几个人做的实验,这是(1),到了十九世纪安培、法拉第,他们发展了唯象理论,所以有今天大家所知道的,安培定律、法拉第定律,可是这些定律为什么是这样子,是他们并没有能够讲出来,所以这是唯象理论(2);然后到了麦克斯韦在1865年他写的几篇文章,他写出来就是今天有名的叫做麦克斯韦方程式,这个方程式完全解释了,而且是简要的把那个唯象的理论都包括在里头了,那么大家当然知道,麦克斯韦的方程式写出来以后,他就知道电磁波跟光是一回事情,那么这个等到后来赫兹,发现了可以有电磁波,实验可以有电磁波了以后,这就导出后来的无线电电视,今天一切这些通讯都是由这个方程式来的,所以这是从理论架构来的(3),可是这个理论架构是建筑在(1)跟(2)上面的。

海森伯的最重要的方程式就是我刚才讲的one man paper里的最重要的方程式,后来被写成是测不准原理的一个方程式,念起来是pq-qp=-ih ,这个是历史性的一个文章,是理论架构里头支柱之一。刚才我给大家念过的狄拉克的方程式,[pα+mcβ]ψ= Eψ,这是另外一个今天的理论架构里头的支柱之一。那么,这两个方程式都是极端的重要,可是达到这两个方程式的路径是非常不同的,海森伯的灵感,这两个方程式都是在第三个领域里头,理论架构里头,海森伯是从“(2)”里头走到“(3)”里头,而狄拉克他的灵感是从“(4)”,就是从数学走到这里头,所以他们两个人所注意的方向不一样,那么这是所以他们的风格这样不同的基本的道理。在这点上,有一个非常有意思的事情,海森伯在年轻的时候,他不喜欢数学,我刚才已经跟大家讲过了,他的一个最重要的文章写的时候,他没有学过方阵,是后来那个two men paper跟three men paper才把他所做的事情跟方阵连在一起。可是到了海森伯晚年,他改过来了,通过了几十年的经验,他了解到数学是非常重要的,他在74岁的时候,写的一篇文章上讲,“1921、1922到1927年间,我们经常讨论,可是总是遇到各种矛盾与困难,我们就是无法理性的方法来解决这些困难,有人赞成波动理论,有人赞成粒子理论,所以后来有了一个数学结构的时候,这个数学结构就是量子力学,实际上我们的心态已达到了十分沮丧的地步,这个数学结构对我们来说是一个奇迹,我们看到了数学能做出我们做不出的东西,那当然是一个非常奇异的经历”,请大家注意这句话,“数学能做出我们做不出的东西”,这句话就表示了他当时的心态,他们左冲右突做了很多年,包括他们的老师,前后做了二十几年,可是做不出来东西,觉得实际的实验的结果跟以前的想法有对

的地方、有不对的地方,是一种非常困难的地方,所以当时他们觉得他们已经没有办法了,忽然引进了矩阵这个观点以后,数学做出来了我们做不出来的东西,这就是他晚年回想他在24岁时候的工作的时候的一个感受。

既然讲到数学跟物理有这么密切的关系,当然可以问,数学跟物理整个的关系是什么呢?或者可以问,是许多同学,物理系的同学常常要问的,是说“我作为物理系的学生,我应该学多少数学?”,这个是一个很复杂的问题,不能有一个很简单的解释,我曾经想过,我把数学跟物理的关系,比喻做两个树叶子,一个树叶子向这个方向,一个树叶子向这个方向,一个是物理,一个是数学,这两个叶子是大多数的地方都是不重叠的,可是在根的地方有一小块地方是重叠的,这一小块地方不是很大的,只是占每一个领域的也许5%、10%这样子,在这个重叠的地方,非常奇怪的,是这两个领域,享有共同的观点,所以它们在根源上面的关系是非常密切的,可是,我底下要讲的,虽然物理与数学有如此密切的关系,可是二者共同的地方并不多,它们有各自的目的跟截然不同的价值观,以及不同的传统,在最基本观念的层面,他们令人惊讶的共享某些观念,但是即使在这个领域里头,这两个学科的生命力仍然按着各自的脉络成长,一个向这个方向走,一个向这个方向走。把这个落实到对于研究生的建议是什么呢?就是假如你是念物理的研究生,那么你必须要对于这个根源的这个地方有一些了解,可是,更重要的,除了你对于这个了解以外,你要了解到要向前途是什么方向发展,换句话说,你要了解物理的价值观,假如你不了解物理的价值观,那么你很可能是走到另外一个方向去了,当然走到另外一个方向,你在数学上做很大的贡献也很好,不过这也许与你当初想要做一个好的物理学家的初衷略微不一样就是了。

关于数学跟物理之间的分别,爱因斯坦在他的晚年也有过很有意思的一个分析,他问,因为他的一生的工作对于物理跟数学后来都有极大的影响,那么,他在晚年的时候问了他自己这样一个问题,说为什么他做了一个物理学家,而不是做一个数学家,他说“在数学领域里头,我的直觉不够,不能辨认哪些是真正重要的研究,哪些只是不重要的题目,在物理领域里头,我很快学到怎样找到基本的问题来下工夫”,这几句话对极了,因为在他26岁的时候,在一个很不重要的瑞士伯尔尼的一个专利局里头做一个小职员的时候,他写了三篇震惊世界的文章,这三篇每一篇都引导出来物理学里头的一个革命,这就是代表他有一个直觉的观念,知道物理里头哪一个是最重要的问题,哪个是琐碎的、没有什么大意义的问题,而他的这个能力,能够辨别到什么是重要的问题,什么是不重要的问题,在历史上我想只有牛顿能够跟他比。

让我现在回到主题,“美与物理学”,物理学我刚才讲了有三个领域,大的领域,(1)、(2)、(3),这三个领域,每一个领域有不同的美。先讲在实验,比如说是我们讲虹跟霓,我想在座每一位,小时候看见了虹跟霓都会说这是非常之美,等到你年纪稍微大了一点的话,你如果会做实验的话,那么你可以量那个虹是多少度,霓是多少度,你如果去量了以后,你就发现虹是42度,就是它这个角是42度,而霓是50度,而且你继续观测以后,你就知道红在外、紫在内,霓是反过来的,是红在内、紫在外,这些都是你观测了以后了解到的,这个非常美妙的现象是实验的美。可是你进步到了唯象理论以后,你就懂为什么会有虹和霓呢?是因为太阳光在水珠子里头可以有一个全反射,一次全反射就出来虹,两次全反射就出来霓,而且你经过全反射这个计算可以算出来,一个是42度、一个是50度,这个是唯象理论的美,我想任何一个学生,第一次算出来这个42度和50度的时候,不可能没有一个非常深的感受,觉得这真是妙不可言。可是这个还不够,为什么要有全反射、为什么要有折射?这些要到理论架构里头,到了麦克斯韦方程出现以后,你就可以了解到,为什么缘故要有全

反射,而且可以知道为什么在水里头要有折射,这个把它的根源找出来,所以这个是更高层的美。

今天我们如果看物理学的理论架构,上边有,里面有也许八九个、九十个方程式,其中刚才我给大家已经介绍了狄拉克的方程式,我也给大家大概介绍了海森伯方程式、麦克斯韦的方程式、牛顿的方程式、爱因斯坦的方程式,这许多方程式里边所描述的是宇宙的秘密,这些许多方程式,大可以讨论到星云群里头的现象,小可以讨论到基本粒子里头的内部的结构,时间长,可以讨论到十亿年,短,可以到十的负二十七次方秒,这样子大的,这么多包罗万象的东西,它的解释都建筑在这几个支柱上边,所以,而且他们都是非常浓缩的语言,所以我想了解了这些以后,你会同意我讲这几个基本的结构是造物者的诗篇。说它是诗不只是因为它们是非常之浓缩的语言、浓缩的符号,还因为它们的内涵,往往随着物理学的发展而产生新的、当初所完全没有想到的意义,比如说是爱因斯坦在1916年写出来他的“广义相对论”的时候,他并没有能够完全了解到那个里边的含义,而这个含义最近这三四十年,通过宇宙学的发展,比如说是黑洞,这个里头有非常深邃,现在还没有能完全了解的一些新的内涵,那么这个当然跟诗一样,你们大家都晓得你在10岁的时候所念的诗,到20岁时候再看,原来10岁时候没有完全懂,你到30岁时候再看,你就了解到你20岁的时候也还没有完全懂这个诗,诗有这个现象,而刚才我所讲的这几个基本结构是也有这个现象的。所以我想如果要描述一个学物理的人或者是一个做物理工作的人,在了解到一个基本的结构的时候是什么感受?最好用诗人的话来描述。

200年以前威廉·布莱克曾经说“To see a World in a Grain of Sand,And a Heaven in a Wild Flower,Hold Infinite in the palm of your hand And Eternity in an hour ”,这个台湾有一个散文家把它翻译成一粒沙里有一个世界、一朵花里有一个天堂,把无穷无尽握于手掌,永恒宁非是刹那时光。

在牛顿过去的时候,一个大诗人蒲柏写了这样两句“Nature and nature’s law lay hid in night:God said,let Newton be!And all was light。”,我把这个翻译成“自然与自然规律为黑暗隐蔽,上帝说让牛顿来,一切遂真光明”,这些用诗人的语言来描述物理学的美,当然是描写得很好,可是我觉得不够,一个对于物理学的基本结构了解,知道它们能够对于那么多的复杂的现象给一个那么准确的解释的时候,还有一些美的感受,这个感受是诗人所没有写出来的,是什么感受呢?是一个庄严感、是一个神圣感、是一个第一次看见宇宙的秘密的时候的畏惧感。那么我想这个所缺少的感,正是哥德式建筑的建筑师,他们在设计哥德式这个建筑的时候,他们所要歌颂的,他们所要歌颂的是崇高美、灵魂美、宗教美、是最终极的美。

谢谢大家。

主持人:感谢杨先生给我们带来这么精彩的报告,让我们鼓了那么多次掌声,我们首先看一看来自凤凰网站的问题,然后我会给下面现场观众发言的机会。好吗?这位网友的名字叫“对思想的权利”,他说“记得您曾经说过一句箴言,物理研究到了尽头就是哲学,哲学研究到了尽头就是宗教”您说过这话吗?

杨振宁:我不记得说过,不过这个话没有问题我觉得。

主持人:我再重复一遍这个没有问题的话,“物理研究到了尽头就是哲学,哲学研究到了尽头就是宗教,请问杨先生,您开始研究哲学了吗?打算什么开始研究宗教?在您看来,哲学比物理高,宗教比哲学和物理还高,难道您也相信人的善恶、罪罚是因为一只苹果被偷吃吗?”

杨振宁:是这样的,我并没有研究哲学,哲学是一个非常深奥的题目,我没有这个时间去涉猎,我也并没有预备去研究宗教。

主持人:那换句话说您的物理是永远到不了尽头了?

杨振宁:这个是完全对的,因为如果你们同意我刚才讲的有道理,是说物理学确实是建筑在非常美的结构上的,那么你底下就发生一个问题,为什么有这个美的结构?这些美的结构使得你了解了以后,觉得很难是偶然的,这个结构越准确、越妙就越不偶然,为什么有这个呢?这个我想是科学所不能解决的问题,我疑心也是哲学所不能解决的问题,是不是宗教能够解决这些问题呢?这个我想要看你问谁,有的人认为宗教也不能解决,可是我们知道,有很多人认为宗教是可以解决的。

主持人:下面一个网友叫做“另一只狐狸”,他说“我看过关于您的传记,知道您的母亲就像我的母亲一样,没有什么文化,但她为什么偏偏生出了您,而我的妈妈为什么偏偏生出了我?我想问的是,我文化也不高,完全是因为我妈妈文化水平不高,而您为什么恰恰相反?杨先生能不能告诉我,您的母亲给您留下了什么?

杨振宁:我母亲是1896年出生的,在安徽合肥,那个时候安徽合肥是非常贫穷的,她小的时候还裹过脚,所以后来,到了民国的时候,象我母亲那一辈的女人,叫做解放脚,就是又放开了,所以她的脚不是三寸金莲,可是呢,是一个变形了的,我每一次看见了她的脚,都觉得非常难过。可是呢,她因为习惯了,所以她已经不疼了,她在当初裹脚的时候是疼的不得了,到了成年以后已经不疼了,而且她终日操劳,路也走的很快,所以至少是不痛了。

她没有受过很多的文化,她没有受过任何的新式的学堂的教育,她念过几年私塾,后来认字,是她自己学的。那么,我认识汉字,头三千个字是我母亲教我的,那个时候我父亲在芝加哥大学留学,所以我跟我母亲住在一起,她教我的。跟我母亲一样,很多的旧式的妇女,我认识很多,而且我知道我的很多跟我同辈的朋友的母亲,跟我的母亲是很多地方相似的,她们,我很佩服,她们有坚强的意志,她们受到了传统中国的礼教的影响,而对于这些礼教,有坚定的信念,这个信念从今天讲起来,也许是,有人会讲这是愚忠愚孝,讲它是愚忠愚孝里头,有一个价值观在里头,可是假如你忘记了这个价值观,你只讲它这个愚忠愚孝的力量,这个力量是无穷大的。

那么,到了比她年轻一辈的男人或者女人,我想这个坚强的意志,渐渐的没有了,这是整个世界都在向这个方向走,所以你如果要问我,说我母亲除了养育我,除了教了我三千个字,还给我留下了什么呢?我想,留下的,是使得我了解到有坚强意志的信念,是有无比的力量的。

主持人:我想,替这个网友补充一个问题,您的母亲在您小的时候,就对您给予了很高的希望了吗?

杨振宁:那我想是的,我想这个与任何一个母亲没有分别,我想所有的母亲,对于她们的孩子,都有很高的希望。

主持人:好,有一位文章写的很好的青年人,他写过一句话,叫“母亲的理想有多高,

儿子的成就就有多大”,这好象是说您。

杨振宁:我想我母亲对于我的期望,跟我父亲对我的期望不可避免的是不一样的,第一样,我父亲对于近代的科学有一些认识,所以他对于这个天地之间能够走到多么高的程度,有一些认识,这一些不是我母亲所认识的。反过来,也可以讲,假如我很不成功的话,那我想,我父亲跟我母亲对我的态度也会截然不一样的,不过这,我想,不只是我们家里是这样,这恐怕是全世界的父母和子女的关系的一个共同点。

主持人:我想如果您失败的话,父亲的反应可能是他会原谅您,因为他知道科学有多么难,母亲可能不会原谅您。

杨振宁:这个我想也是一种可能。

主持人:话筒能告诉我在什么地方吗?

观众:刚才听杨先生介绍,我了解到有些科研,尤其是重要的科研活动,需要很长时间的积累,比如说您刚才举了一个海森伯例子,可能是二十年。我现在在清华大学,存在一些以SCI收录论文情况作为评价标准,甚至是唯一标准的现象,我认为导致了一些,就是说非常急功近利的现象,尤其是以当年论文数量为评价标准,然后给导师发奖或者说是评职称,我想都是有影响的,我想您对这个现象有什么看法?谢谢。

杨振宁:我想这个跟许多问题有类似的性质,对于老师的评比,看他的论文数量,这个是一个很自然的现象,这个现象操之过急,当然会发生毛病出来,可是,说这个想法是完全不对的,我想也是站不住脚的,所以我想做这种事情,也要一方面做,一方面了解到它的局限性,事实上我在美国教了很多年书,看过很多的研究生、很多的同事,那么有种种的不同的研究的方法,有种种的不同的研究的态度,确实是有一些人,是文章写的很少,可以写出非常重要的文章来。所以,我想回答你这个问题,是一个很复杂的问题,要看当时的环境,以及你所讲的是哪几个学生或者学者。

主持人:好,谢谢您。

观众:今天非常高兴能够与杨教授面对面的交流,看到您非常的健康,我们表示非常的高兴。我有一个问题想问您,您在发现宇称不守恒的过程当中,是怎么得到这个想法的?然后,您对现在量子计算机的发展有什么更好的想法?谢谢。

杨振宁:我曾经讲过好多次,我非常幸运,我这一生可以说是一帆风顺,从学问方面讲起来,我也是非常幸运的。我到美国去念书的时候,是1945年底,1946年开始,那个时候物理学里头出现了一个新的支,是后来大大的发展。而这一支在50年代、60年代、70年代可以说是最热的热门的物理学,而我跟与我同一辈的研究生,跟这个领域,可以说是共同成长,能够共同成长这是最幸运的,因为可以说是遍地黄金。那个时候,比如说我去参加一个会议,我是初出茅庐的,写下了一些笔记,回来看第一页,上面讲某某人讲了一个什么现象,我去

想想,觉得这个,想了三天想不出什么结果来,就翻一页,看第二页、第三页、第四页,这个代表什么呢?就是当时这个领域里头,有新的澎湃发展,你如果能够在这个时候走到这个领域里头,这是最幸福的。

那么,今天,你刚才问,说是量子力学前途的发展是什么,量子力学发展到今天,量子力学里头有一个叫做,有一些方程式,可是这些方程式的解释,并没有完全达到最后的定论,这个解释到几十年来,最重要的解释叫做哥本哈根,就是玻尔跟海森伯他们的解释,这个解释从1925年、1927年到今天呢,是与所有的实验都符合。可是,这个解释有一些令人不能满意的地方,而最最有名的不满意这个解释的,就是爱因斯坦,爱因斯坦终其一生,对于哥本哈根解释量子力学是不满意的。而他的这个不满意是有道理的,所以很多人,包括我在内,觉得跟爱因斯坦有一个同感,就是觉得不错,到现在为止,量子力学是跟所有的实验都符合,可是这不是最后的故事,这个故事还没有完。

那么这个故事什么时候可以再继续下去呢,什么时候可以再有下一阶段非常重要的发展呢?那么,我想以后,十年之内不大会有,可是,最近这十年、二十年来,发展了一个新的在微观物理学跟宏观物理学之间的一个物理学,叫做介观物理,是不是翻做介观物理学。这个介观所研究的是在宏观物理学,那就是象日常大小的东西,或者更大的东西,跟微观物理学就是原子物理之间的,所以比如说是10的负6次方埃或者是10的负7次方埃这种物理学,这个学问现在正在澎湃的发展。这个澎湃的发展,倒不是因为那么多的人要想去研究量子力学的解释,是因为这个领域与工业有密切的关系。

大家知道,计算机的原件可以越做越小、越做越密,要想做到更密,就要走到这个领域里去。所以现在全世界都在向这个方向投资,所以这个领域前途大大有发展,这个发展的结果之一,就是可以对于哥本哈根的解释多做一些了解,所以不是不可能,二十或者三十年以后,因为工业发展的推动,所发展出来的介观物理学可以使得量子力学的解释发生新的革命性的发展,这是可能的。

观众:杨教授您好,我想问一个,刚才您谈到了,比如说您在想到“美与物理学”这个问题的时候,您是和几个文史方面的朋友谈了这个话题,然后您想到“美与物理学”的问题,就是说,作为文史类的知识,对您来说,在您物理领域所取得的成就来说,您认为它对您有哪些推动作用?您能不能举一个例子来说明,比如说您和某些文史类的朋友,谈过了一些什么话题,促使您想到的“美与物理学”这么一个问题。谢谢。

杨振宁:假如我刚才讲的话,给大家觉得杨振宁所注意的事情只是物理学,那就是错误了,我想每一个人,人生是很丰富的,有很多方向,所以我也很愿意跟我的文史界的朋友交谈或者是辩论,那么这个对于我自己生活上增加了很多的趣味,增加了很多的我的思路。这个是不是影响到我自己的物理学的研究的工作呢?我曾经想过这个问题,我想恐怕没有。在1956年、1957年,我跟李政道在研究宇称不守恒这个问题,后来变成非常有名了,有新闻记者问我,他说杨教授,你们搞的宇称不守恒,基本上是讲左右对称不对称这件事情,这个与你们中国文化传统有没有关系?我想了想,我跟他说,我觉得没有关系。他说,那你是在怎样情形下就想出来宇称不守恒呢?我说太具体的,我没法跟你讨论,不过我知道,我平常什么时候最容易有好的物理学的见解,是什么时候呢,是在早上刷牙的时候,所以后来有一个牙刷公司打电话给我,他问我要不要给他们做广告。我说不要不要,谢谢。

观众:杨先生,我有一个关于您今天演讲题目的一个问题,就是“美与物理学”这方面的问题,我在读一些关于对称性方面的书的时候,我发现这个世界上有很多非常对称的,就是感觉有很多对称性,使得这个世界非常的完美,而您和一些其他的一些物理工作者作出一些成绩告诉我们,实际上这个对称性是有一定的破缺的,而我想问问您,您是怎么理解这种破缺的对称的这种美的?

杨振宁:我刚才演讲里头,没有提到对称,对称确实是越来越重要的一个基本的观念。这个重要性,是在20世纪,可以说是与日俱增,在20世纪开始的时候,虽然对称在物理中也有人讨论,也有一些用处,比如大家,我不知道晓得不晓得居里夫人的丈夫皮埃尔·居里就写过很长的很有意思的文章,讨论对称。不过对称在物理里头的重要性,从今天看起来,那个时候的重要性,不是最最重要的方向。

到了今天的话呢,对称已经是变成了物理的主流思想,我明天早上要演讲,演讲的题目是“二十世纪理论物理学的主旋律”,这三个主旋律,一个是量子化,这个我刚才再三提过,一个是对称,一个叫做相位因子。这三个我认为是在二十世纪的物理学,用一个宏观来看的话,是三个好象扭起来的观念,而这个影响是非常之大。而以后二十一世纪,这三个我想很长的时期是主流的思想。

至于说为什么对称,而且对称中很复杂的一些种种的现象,为什么这个是支配了物理学的基本结构,这个我想假如讨论的不久的话,就又回到刚才宗教的问题了,这个我想是不解之谜,而且我不相信在这方面,在五十年、一百年之内,会有更多的了解。不过我刚才讲的三个主旋律,我相信一定在三五十年之内,还是最重要的音乐,在这里头。

主持人:好,谢谢您!

观众:我有两个问题。第一个问题是,您刚才提到了现在的介观物理学就象当年的粒子物理学一样,拥有广阔的发展前景,我想问一下,就是在其他的领域,有没有也象介观物理学或者象当年的粒子物理学发展前景很广阔的,比如说非线性科学,或者说高能天体物理等等,这些学科的发展前景是怎样的。然后第二个问题,我从其他的渠道了解到,您可能对于引力场量子化,不赞成在这个问题上投入太大的精力,您能否结合物理学发展的前景,来谈一下对这个具体的看法。

杨振宁:关于第一个问题,物理学的前沿现在非常之广,这个广,我们也可以问为什么发生这种现象,原因是因为在第二次世界大战里头,因为物理学的重要性跟战争的发展有决定性的影响,最主要的两个,一个是雷达的发现跟发明,跟第二个原子弹的发明。所以第二次世界大战以后,全世界的国家都极力支持物理学的发展,那么今天物理学是因为这个支持,以及因为他在工业界所产生的巨大的影响,所以今天是在里面工作的人的数目,跟五十年以前是多的多了。

在这情形之下,里头有很多发展,很多的领域,比如说是激光,激光是五十年代才发现的,今天激光能够用的方向是数不清楚的,而且前途的应用也是许多现在没有办法想象的,但是对于医药的影响,这个是一个大的方向。在座哪位对于光学发生兴趣、对于激光发生兴趣、对于光纤发生兴趣,我想这是非常好的领域。天文物理,现在再再发生非常不可思议的,而还不完全了解的现象,这个我想是一个极为重要的科目。至于跟工业有关系的物理的发展,那更是数不清楚的,所以我觉得我的建议,对于年轻的人,是尽可能的在没有选专业以前,

多把你的触角伸的远一点,使得你对于整个这个领域,有什么澎湃发展的方向,多注意一些,然后本着你自己的能力,跟你过去的经历,选择一个最能够可能发展的方向。至于你刚才问的第二个问题,我想太专门了一点,我不必讨论了吧。

主持人:好,在节目马上就要结束的时候,想让您说用一句话回答我,您说的“美和物理”的关系是什么样子的?只能说一句话。

杨振宁:我想只用一个很长的话来回答。

主持人:我们洗耳恭听。

杨振宁:自然界的现象的结构,是非常之美、非常之妙,而物理学这些年的研究,使得我们对于这个美有一个认识,这个是我今天主要要跟大家谈的。

主持人:好,谢谢您。

追求进步,学术倾听,世纪大讲堂向您道别,下周同一时间再会。

物理学中的美

物理学中的美 物理学固然不是美学,但物理学中包含着美。由于物理学所反映的是自然界丰富多彩的运动形式及规律性,因而它也就同时展现了自然界在结构上的对称、和谐与韵律美。由于科学理论的首要目的是表达人们发现的自然界中存在的和谐。所以,我们一眼就能看到这些理论具有美学价值。对于一个科学理论的成功与否的衡量,事实上就是对它的美学价值的衡量,因为这就是衡量它给原本是混乱的东西带来了多少和谐。 自然科学美的主体成分理性美,是自然界的固有结构与人的认识、人类心灵深处的渴望在本质上的吻合。它是通过科学的理想化、抽象化,以概念、定理、公式、理论的方式显示出来的。由历代物理学家所精心雕琢的物理学大厦,可谓是一座辉煌壮丽的科学殿堂。它集诸种基本形式美与内容美于一体,不仅向人们提供了对物质世界规律性的认识,同时也把一种令人心旷神怡的美景奉献给了人类。只要步入这个“和谐的宇宙”,就一定能使具有一定科学素养的人领略和体味到这种理性美。

物理学所描述的对象是非常广泛的,因而它的美也在多方面有所体现。从浩瀚无边的宇宙到微观世界的基本粒子,无不是物理学家的研究对象;从星系到夸克,全部都遵循着基本的物理规律。结合美学的基本原则以及科学美的评价和判断标准,我们可以从以下几方面来欣赏物理世界的美:物理学中的逻辑简单性;物理定律的内在对称性;物理规律的复杂整体性;物理原理的并协互补性;物理理论的普遍性;物理学中的延伸性。 一个科学理论体系,“首要的是它的前提的简单性”,“唯一事关紧要的是基础的逻辑简单性。” 表达物理规律的语言是数学,而且往往是非常简单的数学。这也正是一种微妙的美。2000多年来,“以严格的数学关系来表示自然界一切事物的简单性与和谐性”一直绵延不断地支配着物理学家的头脑,被后人称为“物理学之父”的阿基米德,从数学上证明了杠杆原理、浮力定律等,从而使他的静力学闪烁着数学美的曙光。 哥白尼的日心说体系,由于提供了用圆周运动和匀速运动解释天体现象的最简单、最经济的方案,使得天文学上的测算变得更加容易,并且在他巧妙的构思下,“宇宙里有一种奇妙的对称,轨道的大小与运动都有一定的和谐关系。”人们都“以难以相信的欢乐心情去欣赏它的美。”开普勒则以他关于和谐关系的“原型样本”,使第谷的那些繁杂而沉闷的资料获得了新生,从而勾画出“和谐是宇宙布局的精髓”的宏伟蓝图。波恩评论说:“开普勒的不朽功绩就在于他发现了

中学物理教学工作计划范本5篇

中学物理教学工作计划范本5篇 计划本身是对工作进度和质量的考核标准,对大家有较强的约束和督促作用.所以计划对工作既有指导作用,又有推动作用,搞好工作计划,是建立正常的工作秩序,提高工作效率的重要手段.下面就是小编给大家带来的中学物理教学工作计划,欢迎大家阅读! 中学物理教学工作计划范本(1) 一、学情分析 本学期我继续教三个班,初三六班59人,初三九班50人,初三十班53人.总的特点来讲,三个班的学生成绩有差别,由于学生对学习物理有一种执着的追求;随着年龄的增长学生们的思想能力已由具体的形象思维向抽象思维过渡,由表象向内部延伸;分析问题的能力也在不断提高,他们能懂得一个问题、一种现象不单从一个方向去思索,而是多角度、多侧面去寻求答案.从上学期的期末物理成绩来看,这三个班的成绩较好,在年级中处于上游水平,这就决定了本学期的工作任务非常艰巨.同时由于学生思维维能力、认识水平、学习基础等发展不平衡,导致有些学生的物理成绩很差,历次的考试都不理想,这就给教学增加了一定的难度.做为一名教师,应该要看到学生积极的一面,对于消极的一面要扬长避短,采取有效措施努力提高整个班级的物理教学成绩. 二、教学内容分析: ①重点难点内能和比热容②各章节特点物理知识涉及的面很广,基本概念、理论更是体现在不同的教学内容中.③总复习中要使学生对每个部分中的知识,按知识结构进行归类、整理,形成各知识点之间的联系,并扩展成知识面,做到基本概念牢固掌握,基本理论相互联系,如:在对速度这一知识进行复习的时候,就可以把研究得到这一物理概念的思想方法迁移到密度、功率、等其它物理概念的形成过程中去,举一反三,即要做到书越读越厚(知识内容多) 书越读越薄(概括整理、总结) 知识越来越丰富 ,这样才能在考试时思维敏捷,得心应手. 三、教学目标: 1.每一个学生能将教材中的所有实验进行熟练地操作,使他们基本上具有一般物理知识的操作能力;

《美与物理学》观后感

杨振宁博士是大家熟知的诺贝尔奖金获得者,举世闻名的物理学家。近三百年来,物理学上留下九个划时代的里程碑般的方程式,涉及十二位科学家。这十二位科学家至今还健在的就是杨振宁和他的学生密尔斯,而划时代的九个物理方程式中的第九个就是杨振宁和密尔斯的共同场。如果再考虑杨振宁还有获得诺贝尔奖金的宇宙不守恒定律,那么杨振宁理所当然是当代物理学的泰斗了。然而,这只是一面,许多人并不知道杨振宁对音乐、诗歌、绘画等艺术方面也有极高的造诣。这篇妙笔生花的《美与物理学》,虽然是管中窥豹,但确实可以让我们领略他在人文素质方面的风采。本世纪初,是物理学界人才荟萃,群英辈出的年代,是一个窥视宇宙奥秘翻天覆地的创新年代。不仅涌现一批著名的物理学家,而且都有鲜明的个性与风格,比如狄拉克。杨振宁博士一直想把他的风格写给文、史、艺术方面的朋友们看,但不知如何下笔。一次偶然看到香港大众报上的一篇文章,其中引用了高适《答侯少府》的两句诗:“性灵出万象,风骨超常伦”,觉得非常高兴,认为用这两句话来描述狄拉克方程和反粒子理论再合适不过了,于是写了这篇文章。 他在这篇文章中指出,每个科学家的研究都是有风格的,正如一位音乐家听到几个音节后,就能辨认出莫扎特、贝多芬或舒伯特的音乐。同样,一位数学家或物理学家也能在读了数页文字后辨认出柯西、高斯、雅可比或克尔期豪夫的工作。这是因为,他以物理学为例,物理学的原理有它的结构。这个结构有它的美和妙的地方。而各个物理学工作者,对于这个结构不同的美和妙的地方,有不同的感觉。所以,他会形成自己的风格。 从这个观点出发,他认为狄拉克的文章有一种“秋水文章不染尘”的清新,有一种充满数学的简洁美和逻辑美,“独抒性灵,不拘格套”是他的风格。而海森伯的文章有惊人的独创性,但朦胧有渣滓。因为狄拉克的灵感来自对数学美的直觉欣赏,而海森伯的灵感来自实验物理和唯象物理。他认为牛顿的运动方程、麦克斯韦方程、爱因斯坦狭义与广义相对论方程、狄拉克方程、海森伯方程和其他五、六个方程是物理学理论架构的骨干,可以说它们是造物者的诗篇。 学物理的人了解这些像诗一样的方程的意义以后,对它们美的感受是既直接又十分复杂,既有一种庄严感、神秘感,又有一种初窥宇宙奥秘的畏惧感。这种心情和感觉,就像中世纪哥特式教堂的建筑师们,虔诚地歌颂一种崇高美、灵魂美、宗教美、最终极的美。 这就是杨振宁。在高度抽象,甚至是枯燥无味的数学物理方程中能发现诗意的光辉,音乐的旋律。评论高深的物理数学,宛如十指在琴键上行云舒卷,弹奏出一曲高山流水的清音,实在令人叹为观止。他告诉我们,一代大师,应该具有怎样的人文素质,而这些知识又恰恰是他攀登科学高峰时必不可少的素质。 由杨振宁联想到爱因斯坦。最近在讨论素质教育的热潮中,有人写文章说爱因斯坦的“情绪智力”并不高等等,这如果不是无知就是骗取稿费。这位本世纪的物理大师,在世纪初,就把物理大山凿穿得出了一个哲学结论:当速度等于光速,时间就停止;当质量足够大时,它周围的空间就弯曲。这个结论改变了人类的

谈谈物理学之美(1)

谈谈物理学中美的教学 湖南省年物理国陪计划学员邓秋月 (年月) 尊敬的老师们: 我很欣慰能参加这次培训,它让我大开了眼界、更新了教育理念、提升了业务素养,更开心的是认识了在座的各位。回想十八年来的工作历程,让我引以为豪的地方不多,我的特点是对工作的热爱与执着,以及脚踏实地、扎扎实实的作风。为了一心一意搞好工作,儿子一断奶就放回了老家,让公公婆婆带。只有放假才回老家看看。记得儿子三岁那年,曾经抱着他爸撒娇说:“爸爸,我要到你们家去。”那份酸楚,现在想来,心中仍隐隐作痛。可直到现在,仍没改变那份热情和执着。下面谈一谈我对物理学的一点感悟。 物理学不是美学,但物理学中包含着美。由于物理学所反映的是自然界丰富多彩的运动形式及规律,因而它也就同时展现了自然界在结构上的对称、和谐与韵律美等,它表现在多个方面。 一、充分利用物理学的神奇美 物理学的神奇美是物理学的一个重要特征,物理中新颖的结论,奇异的实验现象和巧妙的解题方法都表现了令人惊讶的神奇美。这一点在学生一接触物理就有体会和感悟的。人教版在引言中就有让停止沸腾的水不加热却能重新沸腾的实

验;透过透镜所看到的世界可大可小;之后又有透过望远镜可观察遥远的夜空;而通过显微镜则能观察到物质内部微观领域中的微小粒子;利用照相机却又能照出惟妙惟肖的景物;马德堡半球实验;太阳光色散等,这些都是教材中所拥有的素材。而我还注重收集和创造这样的素材。如人造卫星失重现象;、沸水养活鱼、静电冲冠实验,人造喷泉等等。这些实例都绝好的体现了物理学的神奇之美。在教学中可大大激发学生的求知欲,达到神秘离奇、令人陶醉的境界。利用这样一些素材进行教学,让学生领悟其中的奥妙,通过学习变神奇为不神奇,从而感受到学习的乐趣。 二、物理学简洁美的教学 我们人类办事都力求简洁,物理学同样也追求简洁。牛顿曾说:“自然界喜欢简单,不爱用多余的原因夸耀自己。”爱因斯坦也把简炼当作鉴别科学理论的重要美学标准。他曾说:“要通过最少个数的原始概念和原始关系的使用来达到科学的目的。”物理学的简单性并不是指物理内容本身简单,而是一个简单的符号、图像、公式就可包涵极其深刻的内容。如:一条直线画上箭头就有了丰富的内涵,可用来表示像力、光线、磁感线这么抽象的物体;通过几个简单的符号就能表示一个非常复杂的电路;一个理论的假设条件很少,而概括的经验事实或演译出的推论却很多,如牛顿第一定律;通过这么一个简单的数学关系式,就能表示如密度质量体积、电阻电流电压、速度路程时间等等物理量之间的变量关系。一

物理教学类论文题目

附录:物理各类毕业论文题目 二、实验类 1、复摆实验仪的研究 2、杨摸量实验仪研究 3、落球法液体粘滞系数测定仪的改进 4、浅议氦氖激光器在光学实验教学中的应用 5、全息照相实验技巧探讨 6、实验数据的处理和测量不确定度计算 7、标准不确定度合成中应注意的问题及讨论 8、钢丝的切变模量与扭转角度关系的研究 9、物理实验测量和分析的基本方法10、向心力实验装置研究11、重力加速度测量实验装置研究12、液体表面张力实验装置研究13、MATLAB在声学实验中的应用 10、镜像声波演示装置的设计与制作11、静电起电盘电荷收集装置的研制 12、非平衡电桥在非电量测量中的应用13、载流圆线圈平面内任意一点磁场的测试与理论分析14、非线性电阻特性的实验研究15、简易万用表的设计制作及校准 16、体效应管负阻特性的测量研究17、微波光学实验研究 18、组合测量在物理实验中的应用19、用电阻应变片测量微小形变实验方法的改进与研究20、偶氮染料掺杂聚乙烯醇薄膜的光致双折射的理论与实验研究21、偶氮染料掺杂聚乙烯醇薄膜的四波混频特性的实验研究22、演示实验在物理教学中的作用23、如何做好学生分组实验24、如何测定弹簧的有效质量25、在物理实验教学中培养学生创新能力的尝试26、固体激光器的光束质量分析 27、光学谐振腔的优化设计28、对大学物理改革的思考:用电脑模拟实验过程29、理想实验在物理学中的作用30、物理学中的科学研究方法31、光电效应伏安曲线研究32、物理实验对学生科学好奇心的培养33、大学物理实验专题课件研究34、激光全息实验分析 35、设计性实验研究 36、物理模型与中学物理教学37、CCD技术及其应用38、考研对我院物理本科教学的影响及对策39、塞曼效应实验研究40、H-D原子光谱实验的误差分析及其优化41、如何实现电机的变速42、实验教学的改革探讨43、计算机在物理实验教学中的应用 三、教法类 1、在物理教学中培养学生创新能力的探讨 2、谈谈中学物理课堂教学艺术 3、兴趣——学生学习物理最好的老师 4、物理习题隐含条件的探讨 5、中学物理教学中的研究性学习探讨 6、高中“课题研究”教学案例总结 7、中学物理课程的基本理念分析8、论物理教育中的科学素养培养 9、新的中学物理课程目标分析(择其某一项)10、中学物理教学中的美育素材研究 11、物理教学中的创造人格培养12、物理教学中学生自学能力培养探究 13、试论物理教学中的科学探究14、对高考“理科综合”科目的改革的思考 15、未来中学物理教师素质结构之设想16、现行物理教学大纲及教材的有关评价 17、对高中某一物理概念或物理规律的教学研究(电磁学,光学方面)18、中学物理教师继续教育问题的思考 19、高一物理新教材的比较与评价20、论非智力品质在物理学习中的形成与作用 21、中学物理光电实验如何适应新课标的改革22、中学物理教学中互动作用的深入探讨23、用FLASH制作自由落体运动的课件及在教学中的应用24、多媒体在物理教学中的应用研究 25、在物理教学中Powerpoint应用经验及技巧26、如何用Authware互动性引发学生学习兴趣 27、中学物理兴趣培养初探28、在中学中开展设计性实验可行性初探 29、用Flash制作课件效果评析30、Powerpoint物理课件实用性与演示实验剖析 31、物理教师课程能力的结构分析32、物理教师课程能力现状及其改进策略

物理中的美学

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

美及物理学(杨振宁)

美与物理学(杨振宁) 十九世纪物理学的三项最高成就是热力学、电磁学与统计力学。其中统计力学奠基于 麦克斯韦(J. Maxwell , 1831 - 1879)、波耳兹曼(L. Boltzmann , 1844 - 1905)与 吉布斯(W. Gibbs , 1839- 1903)的工作。波耳兹曼曾经说过: 一位音乐家在听到几个音节后,即能辨认出莫扎特(Mozart)、贝多芬(Beethoven) 或舒伯特(Schubert)的音乐。同样,一位数学家或物理学家也能在读了数页文字后辨认 出柯西(Cauchy)、高斯(Gauss)、雅可比(Jacobi)、亥姆霍兹(Hel mholtz)或克尔 期豪夫(Kirchhoff)的工作。 对于他的这一段话也许有人会发生疑问:科学是研究事实的,事实就是事实,那里会 有甚么风格?关于这一点我曾经有过如下的讨论: 让我们拿物理学来讲吧。物理学的原理有它的结构。这个结构有它的美和妙的地方。 而各个物理学工作者,对于这个结构的不同的美和妙的地方,有不同的感受。因为大家有 不同的感受,所以每位工作者就会发展他自己独特的研究方向和研究方法。也就是说他会 形成他自己的风格。 今天我的演讲就是要尝试阐述上面这一段话。我们先从两位著名物理学家的风格讲起 。 一、狄拉克 狄拉克(P. Dirac , 1902 - 1984)是二十世纪一位大物理学家。关于他的故事很 多。譬如:有一次狄拉克在普林斯顿大学演讲。演讲完毕,一位听众站起来说:“我有一 个问题请回答:我不懂怎么可以从公式(2)推导出来公式(5)。”狄拉克不答。主持 者说:“狄拉克教授,请回答他的问题。”狄拉克说:“他并没有问问题,只说了一句话

谈物理学的统一美

谈物理学的统一美潘 岳 李林洋 卢晓波(山东大学物理学院 250100) 【摘 要】当我们谈到科学的时候,总是上到天文,下到原子,津津乐道的谈夸克,心有余悸的谈核辐射,物理,这门神奇的学科,到底靠着什么吸引着大家呢?本文以19世纪电磁学高速发展的黄金时期中的一位伟大的物理学家麦克斯韦统一电磁理论为主线,从物理学的一个美学特性———统一美来阐述物理学之美,同时在文中感受物理学家的伟大人格。 【关键词】物理学;统一美;电磁理论;麦克斯韦 在物理学中,简单的规律可以概括出大自然中纷繁的现象。这是大自然的一种神奇的“支配力”,使得一切井井有条。就连万有引力定律的发现者牛顿(有神论者)也说:“这极其美丽的宇宙系统,只能由于大智大能者的管辖下而产生。”现在我们应相信这个“大智大能者”就是物理学中的概念和规律。这种神奇的统一应能用科学的眼光解释,这就是物理学的统一美。 18、19世纪是一个电磁学发展的一段黄金时期,在库伦、泊松、戴维、伏打、高斯、奥斯特、欧姆、安培、法拉第等人的共同努力下,电磁学的理论和实验都有了飞跃式的发展。但当时法拉第开创性的“力场”、“磁力线”等抽象而又缺乏数学依据的概念并不能完全为人们所接受。就在此时,一位青年物理学家登门拜访了法拉第,决心用自己的数学知识来弥补法拉第理论中的不足。而这位青年物理学家即将成为电磁学的集大成者。他就是麦克斯韦。 1831年11月13日,伟大的实验物理学家法拉第发现了著名的电磁感应定律。同年,伟大的理论物理学家麦克斯韦出生于苏格兰的爱丁堡。在父亲良好的熏陶下,麦克斯韦从小受到了良好的教育。童年中的麦克斯韦好奇心很强,而修养很高的父亲总是努力培养他的兴趣,甚至经常带着不到十岁的他去听爱丁堡皇家学会的科学讲座。入学之后,由于乡下口音和怪异服饰,麦克斯韦受到了同学们的冷嘲热讽和孤立。但这一切并没有对麦克斯韦造成太大的负担,他还可以在知识点海洋中尽情遨游。直到后来有一次麦克斯韦在中学举办的数学和诗歌比赛中拿到了双料冠军之后,同学们才开始对他刮目相看。同时,麦克斯韦的数学才华也开始显现。未满15岁的麦克斯韦的一篇数学论文发表在了《爱丁堡皇家学会学报》上。一个最高学术机构的学报刊登了孩子的论文,是罕见的,而这篇讨论二次曲线的几何作图的论文,也是相当有创见的。 1847年,16岁的麦克斯韦考进了苏格兰最高学府爱丁堡大学,专门攻读数学和物理学。三年之后,他又转到人才济济的剑桥大学学习。在大学期间,麦克斯韦的数学知识突飞猛进。在霍普金斯教授的指导下,麦克斯韦变成了一个思维条理的数学物理学家(理论物理学家)。霍普金斯对他的评价是:“在我教过的全部学生中,毫无疑问,这是最杰出的一个!”工欲善其事,必先利其器。麦克斯韦的“数学利器”在手,便可开始完成他的伟大物理事业了! 麦克斯韦毕业后不久,便被法拉第的《电学实验研究》吸引了。他对书中的“力线”等观点十分佩服,但也发现了整个理论缺乏数学依据和综合概括的缺点,年轻的麦克斯韦决定用自己的数学知识来弥补他。随后,24岁的麦克斯韦发表了《论法拉第的力线》,他在论文中通过数学方法,把电流周围存在“力线”这个现象,概括为一个高等数学里的矢量微分方程。后来麦克斯韦经历了父亲去世等一些波折之后,便又继续进行他的电磁学理论研究。随后便是那次伟大的会面,年轻的麦克斯韦将他的名片递到了法拉第的府上。两位伟大的物理学家亲切的交流着。一个活泼、和蔼、精于 实验、善于想象的法拉第,和一个严肃、机智、精于理论、善于推理的麦克斯韦,一老一小配合的天衣无缝。就是在这次会面中,法拉第将自己电磁学研究的火炬传给了冉冉升起的麦克斯韦。法拉第鼓励麦克斯韦:“你不应该停留在用数学来解释我的观点,你应该突破它!” 就这样,麦克斯韦继续着他的研究。1862年,麦克斯韦在英国《哲学杂志》上发表了他的第二篇电磁学论文《论物理学的力线》。文章引起了广泛的关注。电子的发现人汤姆逊后来回忆说:“我到现在还清晰地记得那篇论文。当时,我还是一个18岁的孩子,一读到它,我就兴奋极了!那是一篇非常长的文章,我竟把它全部抄下来了。”这篇具有划时代意义的论文提出了“位移电流”的概念,推导出了麦克斯韦方程,并预言了电磁波的存在。1865年,他发表了第三篇电磁学论文《电磁场动力学》,进一步完善了自己的理论,并预言了光也是一种电磁波。又经过几年的努力,包括电磁学理论完整体系的《电磁学通论》在1873年问世。这一伟大的著作囊括了当时电磁学的全部成果,将电与磁统一在了一起,成为了整个物理学史上的一部经典著作。 麦克斯韦电磁学成就的代表就是麦克斯韦方程组,在此我就不再列出方程组的数学表达式了,以下是方程组中四个公式的含义:第一个式子是电场奥-高定理;第二个式子是静电场环路定律;第三个式子是法拉第电磁感应定理;第四个式子是安培环路定理。 在麦克斯韦方程组中我们可以清楚的看到电与磁的完美统一。经过几代人的努力,电与磁的关系终于趋于明确。电可以生磁,磁可以生电,而电磁波则是二者统一的完美象征,同时光也被统一在了这个范畴之中。 其实,在电磁学中,正电荷与负电荷、磁体的N极和S极不也都是完美的统一吗?正负电荷之间可以互相转换,可以互相吸引,可以中和也可以分离,这不正是完美的统一吗?拿出一块磁铁,有两极,将二者“切开”之后又会产生新的两极,N极和S级就像一对兄弟一样密不可分,完美统一。 所谓的守恒定律,应是物理学中统一之美的最高体现。质量守恒、能量守恒、动量守恒……一个个守恒,不正是体现着不同物体、不同形式的质量、能量、动量之间的完美统一吗? 另外,在整个物理学中,统一之美也是随处可见。世间各种各样、变化多端的力被统一为了强相互作用力、弱相互作用力、电磁力、引力四种力,而至今仍有人致力于将这四种基本力进一步统一。再如光的波粒二象性,是光的波动性与粒子性的统一,也是粒子运动与波动的统一。一切尽在和谐统一之中,怎能不美? 作为物理学专业的学生,我们整日在物理学的象牙塔中苦读,有时也不禁会产生种种困惑:物理学中充满了种类繁多的公式、计算,而其乐趣在哪里?相信读完这篇文章你我都会有所感、有所悟:物理学作为科学的代表是充满美感的,统一美便又是物理学之美的一个代表。在这种对美的认识的前提下,再面对物理学中的公式、计算,也就不会觉得太枯燥了吧。只有能体会到物理学的美、科学的美才能真正称得上懂得科学,懂得世界。 【参考文献】 [1]【美】弗·卡约里.《物理学史》,内蒙古人民出版社,1981年. [2]【美】徐一鸿.《可畏的对称》,清华大学出版社,2005年. — 8 5 1—

欣赏物理学之美

欣赏物理学之美 自己收集整理的 错误在所难免 仅供参考交流 如有错误 请指正!谢谢 欣赏物理学之美 宁波市鄞州中学陈前 一提到物理学我们就会想到爱因斯坦的那张照片:满头白发 满脸皱纹(见图一) 好象做科学的人只知道研究 不懂得生活 其实这个认识是片面的 爱因斯坦不但在物理学上成就伟大 而且他的小提琴演奏水平很高 还能弹一手好钢琴

在美学上也有独到的认识 请看下面这幅照片(图二) 这幅照片的名称叫dance 这是哈勃望远镜铺获到的一场宇宙中的精彩"舞会" 左边的"舞者"是较大的星系(ngc2207) "依偎"在旁的是较小的星系(ic2163) ngc2207的"吸引力"(强大的万有引力作用)使得ic2163"翩翩起舞" 它"掷"出的气体、恒星形成约十万光年长的"彩带" 这场"舞会"将在数十亿年后结束 最后两个星系将成为"一体" 这是形式美 它的本质也是美的 因为它们的作用遵守万有引力定律 我们还可以预见它们的未来是怎样的 再举一个例子 英国的卢瑟福用实验证明了原子是由原子核与电子所构成 原子核居中 电子在外

但原子的结构究竟是怎样的呢?最初认为原子的结构和太阳系相仿原子核就好比太阳 而电子就像行星那样在各自的轨道上绕原子核旋转 但与经典的电磁理论发生了矛盾:绕核运动的电子应该辐射出电磁波因此它的能量要不断减少 电子绕核运动的轨道半径也会减小 于是电子将沿着螺旋线的轨道落入原子核 这样看来 原子应当是不稳定的 而实际上原子是稳定的 幸而不久迎来了量子力学 对电子这样的微观粒子的行为作了完全不同的描述 原来电子根本没有一定的位置 也没有一定的运动轨道 原子中的电子就好像云雾般迷漫在原子核外的空间 形成所谓"电子云" 电子到底在哪儿?科学家们众说纷纭 还是诗人说得好:"只在此山中 云深不知处 "你看 电子云的意境很朦胧飘逸的吧! 确实物理学是很美丽的

406-《物理学科知识与教学能力》(高级中学)

《物理学科知识与教学能力》(高级中学) 一、考试目标 (一)物理学科与教学知识及能力 掌握物理专业知识、技能以及所使用的实验手段和思维方法;了解物理学发展的历史和最新发展动态;理解高中物理课程的性质和基本理念;熟悉《普通高中物理课程标准(实验)》的课程目标、基本内容和教学要求;掌握物理教学的基本理论,并能在教学中灵活运用。 (二)物理教学设计能力 能根据《普通高中物理课程标准(实验)》的要求和教学内容特点,针对高中生的认知特征、知识基础、学习需要及个体差异等制定具体的教学目标;确定教学重点和难点,合理利用教学资源、选择教学策略和教学方法,设计多种形式的教学活动;能创设物理问题情境,激发学生学习的主动性和积极性,有效地将学生引入学习活动,合理设置作业。 (三)物理教学实施能力 掌握指导学生学习的方法和策略,能依据物理学科特点和高中生的认知特征,恰当地运用教学方法,帮助学生有效学习;掌握物理理论与实验教学的组织形式和策略,能运用现代信息技术,发挥多种媒体的教学功能,能有效组织多样化的教学;能适时地对教学内容进行归纳总结;能根据学生的学习反馈优化教学。 (四)物理教学评价能力 了解物理教学评价的基本类型和特点,掌握基本的评价方法,能恰当地对学生的学习进行评价;注重评价目标的多元化,能利用多样化的评价方式促进学生发展;了解教学反思的基本方法和策略,能对自己的教学过程进行反思,提出改进教学的思路。 二、考试内容模块与要求 (一)物理学科与教学知识 1. 物理专业知识 (1)掌握与高中物理密切相关的大学力学、热学、电磁学、光学以及原子和原子核物理的基础知识。 (2)掌握中学物理知识和技能,能运用物理基本原理和基本方法分析和解决有关问题。 (3)掌握物理学思想、研究方法和实验手段;了解物理学发展的历史和最新发展动态。 2.物理教学知识

高中物理杨振宁-演讲-美与物理学

美与物理学 --杨振宁 十九世纪物理学的三项最高成就是热力学、电磁学与统计力学。 其中统计力学奠基于麦克斯韦(J. Maxwell , 1831 - 1879)、波耳兹曼(L. Boltzmann , 1844 - 1905)与吉布斯(W. Gibbs , 1839 - 1903)的工作。波耳兹曼曾经说过: 一位音乐家在听到几个音节后,即能辨认出莫扎特(Mozart)、 贝多芬(Beethoven)或舒伯特(Schubert)的音乐。同样,一位数学家或物理学家也能在读了数页文字后辨认出柯西(Cauchy)、高斯(Gauss)、雅可比(Jacobi)、亥姆霍兹(Helmholtz)或克尔期豪夫(Kirchhoff)的工作。 对于他的这一段话也许有人会发生疑问:科学是研究事实的,事 实就是事实,那里会有甚么风格?关于这一点我曾经有过如下的讨论: 让我们拿物理学来讲吧。物理学的原理有它的结构。这个结构有 它的美和妙的地方。而各个物理学工作者,对于这个结构的不同的美和妙的地方,有不同的感受。因为大家有不同的感受,所以每位工作者就会发展他自己独特的研究方向和研究方法。也就是说他会形成他自己的风格。 今天我的演讲就是要尝试阐述上面这一段话。我们先从两位著名 物理学家的风格讲起。

一、狄拉克 狄拉克(P. Dirac , 1902 - 1984)是二十世纪一位大物理学 家。关于他的故事很多。譬如:有一次狄拉克在普林斯顿大学演讲。演讲完毕,一位听众站起来说:“我有一个问题请回答:我不懂怎么可以从公式(2)推导出来公式(5)。”狄拉克不答。主持者说:“狄拉克教授,请回答他的问题。”狄拉克说:“他并没有问问题,只说了一句话。” 这个故事所以流传极广是因为它确实描述了狄拉克的一个特点: 话不多,而其内含有简单、直接、原始的逻辑性。一旦抓住了他独特的、别人想不到的逻辑,他的文章读起来便很通顺,就像“秋水文章不染尘”,没有任何渣滓,直达深处,直达宇宙的奥秘。 狄拉克最了不得的工作是1928年发表的两篇短文,写下了狄拉克 方程: (D) (略) 这个简单的方程式是惊天动地的成就,是划时代的里程碑:它对 原子结构及分子结构都给予了新的层面和新的极准确的了解。没有这个方程,就没有今天的原子、分子物理学与化学。没有狄拉克引进的观念就不会有今天医院里通用的核磁共振成像(MRI)技术,不过此项技术实在只是狄拉克方程的一项极小的应用。 狄拉克方程“无中生有、石破天惊”地指出为甚么电子有“自 旋”(spin),而且为甚么“自旋角动量”是1 / 2而不是整数。初

物理之美读后感

《物理之美》读后感 金晓会 谈到美,你可能联想到自然美和艺术美,而对自然领域中的科学美,大多数人则不易感受到,这是因为科学美与艺术美是两种不同形式的美,从美学的角度来讲,一种是事物外在形式所呈现的美,这种美是外在的,易感受到的,如自然景色的美,音乐的美,雕塑的美,绘画的美,建筑物的美等。另一种是事物内在结构的和谐、秩序而具有的美,这种美比较抽象,它虽然也是通过感官接受外来事物的信息而反映到意识中去,但并不那么直接和迅速,而是要经过大脑整理、加工形成美的意识或美的观点。这是一种较高层次上的审美。 物理学中的美,就是一种科学美。著名物理学家杨振宁先生把物理学之美分为三类:即现象之美,理论描述之美,理论结构之美。也有人把物理学之美分为:物理学研究对象的美感,物理学理论的美感,物理学实验的美感和物理学常数的美感等。还有人把物理学之美说成它具有明快简洁美,均衡对称美,奇异相对美和和谐统一美。 一、均衡对称的结构给人一种稳定,完善的美感 例如:具有对称结构的雪花是如此对称、如此美丽,对称的结构给人一种稳定,完善的感觉,使人内心舒服,使人惊叹于大自然的造化。物理学家在对自然深入的思考和考察中,越来越坚信大自然的最终本质是依照“美和简单”来构造自己的。 当然,物理学家头脑中的对称,并非像前面的图片那样朴素,那样直观;我们要了解物理学中的对称,先从几何图形的对称性说起。 例如:一个圆,我们把头向左偏过一个角度来看,它的形状变了吗?没有。我们便说这个圆具有旋转对称性(或旋转不变性); 我们再把圆放在平面镜前,设想我们钻进“镜子里的世界”来看这个圆。在镜中世界看到的这个圆,样子依然保持不便。我们便说这个圆具有反射对称性(或宇称不变性)。 物理学中的对称性主要表现在对物理世界规律的研究方面。 根据刚才的例子,我们还可以假设某些物理学家一直埋头对“镜子中的世界”进行研究,如果他们得到的定律与正常世界的研究成果一致,我们就说这个定律具有反射对称性(或宇称不变性)。 例如:单摆的振动既具有时间周期对称,又具有时间反演对称。当单摆完成一次全振动后,接下来第二次全振动跟上一次完全一样,这就是时间周期对称。当我们将单摆的运动拍成电影,那么无论顺着放还是倒着放都没有区别,这就是时间反演对称。 以上两个例子都是利用事物的对称性来巧妙解决问题的。 对称的概念在物理学中占有重要的位置,我们不仅要了解直观的对称性,如波的对称,光的反射角与入射角的对称性等;还要了解抽象的对称性,如正功与负功,正电子与负电子等。 二、由于事物的对称美引起了物理学家探索这种美的渴望,从而发现物理结构的和谐统一美。

上海市初级中学物理学科教学基本要求(试用本)学习要求

第一单元物质 本单元知识由太阳系、原子和密度等部分组成。在本单元中,主要学习物质的一些基本形态和关于宇宙的初步知识,其中密度概念是本单元的重点。 密度是初中物理力学中重要概念之一,且它与第五单元的压强、浮力知识有密切的联系。 密度概念是在生活实例、有关实验的基础上,运用控制变量等研究方法,分析归纳得出的。因此,在学习中要重视密度概念的形成过程及伴随这一过程中的科学方法。 1.知道太阳系。知道八大行星,知道地球及其卫星,感悟科学的宙观。 2.知道原子。知道原子是由带正电的原子核和核外带负电的电子组成,原子核是由带正电的质子和不带电的中子组成,知道原子是很小的;认识科学家建立原子模型的过程及方法。 知道分子。知道分子动理论。知道物体是由分子组成的,分子在不停地做无规则运动,分子间存在相互作用力。 3.掌握密度的概念。知道质量的概念。通过对物理现象的观察、探究,运用科学方法研究同一物质与不同物质的物体质量与体积的关系,从而理解用单位体积的某种物质的质量定义密度,根据公式ρ=m/V熟练完成物质的密度、物体的质量或体积的计算;学会查密度表,记住的密度ρ水=1.0×103千克/米3。 知道密度知识在工农业生产中的应用。 4.学生实验: (1)学会用天平测质量。知道实验目的和器材;学会调节天平横梁使其平衡;能正确读出质量值;学会正确使用天平测固体和液体的质量。 (2)学会探究物质质量与体积的关系。知道实验目的和器材,学会用实验器材测量物体的质量和体积;能根据实验数据分析归纳结论;认识控制变量的方法。 (3)设计“测定物质的密度”实验。知道实验目的和器材;设计实验方案;选定实验器材;能根据实验测得数据鉴别物质。 说明 (1)不要求计算混合物质的密度。 (2)在“用天平测质童”的实验中,重点是天平的操作使用,不要求多涉及天平的工作

物理学中的美教案资料

物理学中的美

《审美与人生》题目:物理学中的美 姓名 学号 年级 专业 学院物理科学与技术学院 物理学中的美

摘要:物理学在各个科技领域,包括生命科学在内,都有着极其重要的作用,在科技发展进程中物理学是一门常新的科学,犹 如一株枝繁叶茂的长青树。物理学中不仅包含着历史唯物主 义和辩证唯物主义的哲理,而且从美学的角度来分析,物理 学中又处处洋溢着美的意境。如果说自然美体现了自然界的 现象美,而物理学之美则体现了自然界的内在美,诸如物理 学中运用定理、定律、公式、实验、假说等手段所创造的科 学美,同样能使人产生神往与迷恋的美感,给人以美的享 受。—代代物理学家对物理学的执着追求与奋力探索,推动 了物理学的发展,使之不断焕发出真理的芬芳。 关键词:物理学美学和谐简洁 物理学(physics)一词起源于古希腊,拉丁文原意是“自然”。自公元前七世纪,物理学就以自然哲学的形式从人类的生产劳动中萌芽出来,先后经历了古代物理学、经典物理学、近代物理学和现代物理学四个阶段。然而物理学在这近三千年的发展历程中却存在着一些起过作用的、科学之外的,并且在一定程度上为非理性的、有价值的动力因素,它们与美学有关。 物理学的美学意义在于它对世界美的反映。世界是美的,因为世界是一个完美的物质结构,体现出和谐、简洁、统一的形态、秩序、节奏。它具有为大的力量和美丽的规律。它不停地运动、变化、发展。它充满了丰富的、活跃的和生动的美。物理学的

美蕴含着真,并且闪耀着形式美的光辉。物理学理论的美是有形式的;因为无形式就无内容;没有情感,没有丰富的想像力,任何创造,任何认识都是不可能的。物理学家是有感情的;物理学家的感情可以激励他们去创造最完美的理论、最完美的成果、最完美的表达。这样物理学就不仅显示出内容的美、理性的美、逻辑的美;而且还显示出形式的美、情感的美、形象的美。 在物理学理论中,美与真的关系历来为物理学家所重视,并做出过许多有益的探索。一些物理学家相信,一个具有非常强的美的感性的物理学家所创立的历来最终总可能是真的,在需要对美与真作出选择时,他们宁愿选择美。过去人们在科学活动中判断科学的真理性时,历来坚持逻辑标准和经验标准;而现在,越来越多的自然科学家提出并探讨了科学真理的美学标准问题。这样,美学标准就与逻辑标准、经验标准一起,参与了科学真理的检验,使得科学真理中的真与美两个方面紧密的结合起来。也正是真理的这种美成为了科学家们热衷于探索自然的一种驱动力。 艺术创造是美的创造,科学创造也同样是一种美的创造。人类认识世界和改造世界的实践活动是一种自由的、自觉的,创造性的活动。这种活动本身就包含着人类对美的执著追求。正因为这样,当布鲁诺发展了哥白尼的天体理论提出宇宙是无限的,太阳也是运动的正确猜测时,从泛神论出发认为作为世界灵魂的普遍的世界形式照耀着整个世界,使万物处于这么一个惊人的和谐秩序中,这种普遍的世界形式本身就是内在的艺术家。被认为可与哥白尼的

初中物理教育教学理论与感受

初中物理教育教学理论与感受 物理是宇宙的操作系统,那么,初中物理教育教学理论与感受探讨是? 物理教育教学是教师和学生在教与学的过程中做到一起联动,教和学揉合在一起,教中有学,学中有教,教师和学生之间一起学习,一起进步,双方都能够达到快乐,最终教与学在愉悦的氛围下实现完美对接。因此,教师的礼仪、举止必须规范。教师是人类灵魂的工程师,承担着教书育人、为人师表的光荣职责。教师仪表是教师整体风范之一,我们的音容笑貌、举止言谈,衣着发式无形中都成为孩子学习的楷模。我们教师,面对的是一群天真活泼的孩子们,我们的一言一行、一举一动都可能成为孩子模仿的对象,所以在注重外在美的同时,更要注重内在的美,做到自然适度,外在仪表与内在素质相一致。 作为教师要树立终身学习的理念;教师要拥有幸福感。通过平时教育教学经验和学科知识的学习,使自己懂得怎样备好、上好、评好一节课;对怎样成长成为一名科研型的教师有了具体的方法指导。在这几年的教学过程中,我感受深刻……下面谈谈我在物理课堂教学中的几点感想:(1)教育学生,从爱出发。平等的爱,理解的爱,尊重的爱,信任的爱,这些都是老师爱的真谛。不论在生活上,还是在学习上,都要给予学生必要的关心和帮助。只要有了问题时及时处理,处理的方法得当,注意和学生沟通,学生就会信任你,喜欢你。爱学生,还表现在老师对学生的尊重和信任,以及对学生的严格要求,又要注意对学生的个体差异,区别对待。对成绩比较差的学生,我们老

师要采用不同的教育方法,因材施教,师爱要全面、公平。(2)如何使我们的物理课堂愈发显得真实、自然、厚重而又充满着人情味,作为物理老师的我更要关注的是蕴藏在物理课堂中那些只可意会、不可言传,只有身临其境的教师和孩子们才能分享的东西,要关注那些伴随着师生共同进行的探究、交流所衍生的积极的情感体验。我们不但要传授知识,而且要善于以自身的智慧不断唤醒孩子们的学习热情,点化孩子们的学习方法,丰富孩子们的学习经验,开启孩子们的学习智慧。让我们行动起来,做一位有心的“人类灵魂工程师”。(3)我还认识到:一节好的物理课,新在理念、巧在设计、赢在实践、成在后续。一节好的物理课,要做到两个关注:一是:关注学生;从学生的实际出发,关注学生的情感需求和认知需求,关注学生的已有的知识基础和生活经验,是一节成功课堂的必要基础。二是:关注物理;抓住物理的本质进行教学,注重物理思维方法的渗透,让学生在观察、操作、推理、验证的过程中有机会经历物理化的学习过程,使学生真正体验到物理,乐学、爱学物理。一节好的物理课,要展现思维力度,关注物理方法,体现物理课的灵魂,也是一种教学的智慧和方法。 “物理是宇宙的操作系统”,通过实践我对物理课堂教学有了新的认识,如何打造优质高效课堂,培养全面发展具有创新意识的高素质人才。重视学生的学法,使其学会学习、学会合作、学会创新;重视提高学生的思维品质,实践创新能力;注重情感领域,倡导愉快教学,减轻学生负担,培养学习兴趣,促进学生身心健康发展。现代教育改革的飞速发展,拓展了学生的学习空间。以此、处理好以学生

20210221《物理学之美》思维导图

追求真理、严谨治学的求实精神:焦耳历经近4O 年时间测定热功当量;瑞利因0.0064g/L 的误差发现氩气。 勇攀高峰、批判继承的创新精神:牛顿开创经典力学体系;爱因斯坦推翻牛顿力学,创立相对论。 坚韧不拔、锲而不舍的探索精神:法拉第经十年不断失败发现电磁感应现象;开普勒用16年发现三定律。 集智攻关、团结协作的协同精神:潘建伟团队在量子通信实验领域、量子计算机研究方面国际领先。 胸怀祖国,服务人民的爱国精神:居里夫人纪念祖国波兰命名钋元素;钱学森突破重重障碍返回祖国。 落日、朝霞、暮色、蓝天、彩虹:光的折射、散射与色散等。 极光、雪花、白云、流水、冰山:电与磁、分子结构、物态变化、力和运动的关系、浮力等。 对称的物理公式:杠杆平衡原理(F 1×L 1=F 2×L 2 )、能量守恒定律(E K1+E p1= E K2+E p2,即时间不变性)等。 )、 对称的物理现象:物态变化吸放热、熔点和凝固点、平面镜成像、凸透镜二次成像、抛物线、单摆等。 :电与磁、分子结构、物态变化、力和运动的关系、浮力等。 对称的物理原理:二力平衡、牛顿第三定律、串并联电路电流及电压关系、电生磁与磁生电等。 控制变量法:研究摩擦力大小影响因素、动能大小影响因素、导体电阻大小影响因素等实验。 转换法:液体温度计、电流电压表、研究通电导体周围磁场强弱、研究通电导体产生热量多少等实验。 等效替代法:分力与合力、串并联电路总电阻、研究平面镜成像规律、电阻的测量等实验。 万有引力定律:宇宙万物之间普遍存在的一种力,与形状、大小、温度、材质等无关。 欧姆定律:纯电阻电路均遵循的一个定律,与手电筒、电视、电脑还是手机等无关。 大统一理论:自然界四种力:引力、电磁力、弱力和强力,物理学家相信“自然界应当满足简单性原则”。

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