物理與美和我同行

謝名華

寫下這個(gè)標(biāo)題的時(shí)候，我心里面想起了我的學(xué)生和我的物理教師.在我的印象中我的很多學(xué)生都對(duì)我說(shuō)：教師，為什么物理那么難學(xué)？受力老是出錯(cuò)、物理量總是混淆，物理過(guò)程是那么的抽象與難懂.總覺(jué)得物理枯燥、無(wú)味.在這里我要向我的學(xué)生道歉，我想究其原因某方面肯定是教師能力還有待提高，我還沒(méi)有像我的物理教師一樣，讓我的學(xué)生感受到物理的美，沒(méi)有讓美與物理和他同行.因?yàn)槲覉?jiān)信當(dāng)他感受到物理藝術(shù)之美時(shí)，他會(huì)快樂(lè)，會(huì)有濃厚的興趣主動(dòng)投入到物理的世界.

靜下心來(lái)重走一遍物理學(xué)前輩的探索之路，你會(huì)發(fā)現(xiàn)物理的世界風(fēng)景很美、很豐富.哥白尼、開(kāi)普勒.伽利略、笛卡爾、牛頓等這些近代科學(xué)舞臺(tái)上的巨匠都相信自然界是按照和諧優(yōu)美的數(shù)學(xué)方式設(shè)計(jì)的，自然界是合理的、簡(jiǎn)單的和有秩序的.因此，在探索自然界奧秘的過(guò)程中，他們往往是以科學(xué)美作為追求的目標(biāo)，為此而不惜付出任何代價(jià).通過(guò)努力而形成的物理理論在內(nèi)容上、形式上也必然放射著科學(xué)美的光輝.

物理學(xué)之美還突出而集中的表現(xiàn)在牛頓的力學(xué)理論和麥克斯韋的電磁學(xué)理論等經(jīng)典物理理論之中.物理學(xué)之美和其他實(shí)踐領(lǐng)域里的美一樣都以真為基礎(chǔ)，理論真才美，不真則不美.牛頓理論體系之美首先表現(xiàn)在它的真上.其次表現(xiàn)在這個(gè)體系的嚴(yán)密邏輯上.再次體現(xiàn)出自然規(guī)律的簡(jiǎn)單性和統(tǒng)一性.他正是在這樣的美學(xué)思想指導(dǎo)下，去尋找萬(wàn)物運(yùn)動(dòng)的最簡(jiǎn)單的原因的.這一點(diǎn)在近現(xiàn)代物理研究中得到了繼承和發(fā)揚(yáng).如偉大的物理學(xué)家麥克斯韋建立了電磁場(chǎng)理論，并預(yù)言了電磁波的存在、光壓的存在，創(chuàng)立了光的電磁波說(shuō).這些學(xué)說(shuō)和語(yǔ)言，都為后來(lái)的實(shí)踐所證實(shí).麥克斯韋方程組，除了它內(nèi)容的理性美之外，還充分顯示了形式上的對(duì)稱、統(tǒng)一、簡(jiǎn)潔與和諧之美.作為物理學(xué)基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)也不乏其美.在經(jīng)典物理學(xué)的創(chuàng)立進(jìn)程中，伽利略的理想實(shí)驗(yàn)，卡文迪許測(cè)定萬(wàn)有引力恒量的實(shí)驗(yàn)，安培、法拉第、歐姆、焦耳等物理學(xué)家的許多實(shí)驗(yàn)；現(xiàn)代物理學(xué)中，湯姆遜確定電子的實(shí)驗(yàn)，密立根測(cè)定最小電荷電量的實(shí)驗(yàn)等，從設(shè)計(jì)思想之精巧，實(shí)驗(yàn)技術(shù)之精湛，都給人以美的享受.特別是邁克耳孫實(shí)驗(yàn)的美使許多物理學(xué)家為之激動(dòng)不已，交口稱贊.愛(ài)因斯坦多次贊美“邁克耳孫的地球轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)是多么美呀.”“我總認(rèn)為邁克耳孫是實(shí)驗(yàn)中的藝術(shù)家，他最大的樂(lè)趣似乎來(lái)自實(shí)驗(yàn)本身的優(yōu)美和所用方法的精湛.

作為一個(gè)應(yīng)試教育高中生，在開(kāi)始的階段顯然無(wú)法接觸并感受到以上所述的物理美.所以讓我們回到前文高中物理之美.我的物理教師告訴我的第一個(gè)物理之美在于掌控之美.想象一下，一個(gè)物體在你給它的受力條件和初速條件下，只能遵從你希望的運(yùn)動(dòng)形式運(yùn)動(dòng)下去；或者只要讓你看到物體外在的一點(diǎn)表現(xiàn)形式，就能分析出它為什么會(huì)這樣表現(xiàn).整個(gè)就是魔術(shù)揭秘啊！為什么會(huì)這樣呢？因?yàn)槲蚁硎馨l(fā)現(xiàn)的過(guò)程.所以每次看到一個(gè)問(wèn)題在那等著我去解決，都有一種新的期待.第二個(gè)物理之美在于簡(jiǎn)潔深刻美.簡(jiǎn)潔深刻美就是以簡(jiǎn)潔的表現(xiàn)形式，反映出深刻的物理含義.當(dāng)我在講解運(yùn)動(dòng)學(xué)追及相遇問(wèn)題的時(shí)候，我常常會(huì)先讓學(xué)生用語(yǔ)言敘述兩物體的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和臨界狀態(tài)并寫出函數(shù)式.這個(gè)時(shí)候往往會(huì)有很多學(xué)生不知從哪下手.此時(shí)我會(huì)和他們一起用運(yùn)動(dòng)情境圖和速度時(shí)間圖象將復(fù)雜的過(guò)程簡(jiǎn)潔化.學(xué)生告訴我有種豁然開(kāi)朗的感覺(jué).再如歐姆定律的表達(dá)式，就以其簡(jiǎn)潔的表現(xiàn)形式反映出電路中的交通規(guī)則，歐姆花費(fèi)了十年的心血研究出這一規(guī)律，可以說(shuō)它在解決電路問(wèn)題上是非常深刻的；密度表達(dá)式為我們認(rèn)識(shí)物質(zhì)、鑒別物質(zhì)提供了方法，雖然形式簡(jiǎn)潔，但卻能給不同的物質(zhì)確立了一個(gè)身份證，因此它又是深刻的；用速度來(lái)描述物體的運(yùn)動(dòng)快慢等.這種簡(jiǎn)潔的表達(dá)方式能給人以美的享受.物理美的簡(jiǎn)潔性并不是指物理內(nèi)容本身簡(jiǎn)單，而是物理理論體系的結(jié)構(gòu)和物理規(guī)律的表達(dá)形式簡(jiǎn)潔.簡(jiǎn)潔的形式如同簡(jiǎn)潔的詩(shī)句一樣，反映出深刻的內(nèi)涵. 科學(xué)美中的對(duì)稱和諧美不僅指自然界物質(zhì)形態(tài)的對(duì)稱和諧美，而且還包含其規(guī)律和思維所具有的廣泛對(duì)稱和諧美.如能量之間的轉(zhuǎn)化，豎直上拋、簡(jiǎn)諧等運(yùn)動(dòng)中都具有對(duì)稱性，有時(shí)利用對(duì)稱性可以簡(jiǎn)化物理過(guò)程的研究.讓學(xué)生在利用這種對(duì)稱之美將復(fù)雜問(wèn)題簡(jiǎn)單化的過(guò)程中產(chǎn)生喜悅心情.高中物理具有多樣統(tǒng)一美.即指物理所研究是從不同事物運(yùn)動(dòng)變化的多樣性中找出它們的內(nèi)在聯(lián)系和共性，通過(guò)這種聯(lián)系和共性構(gòu)成一個(gè)統(tǒng)一的理論體系，這就是科學(xué)美中的多樣統(tǒng)一美.也指高中物理美的多樣性.高中物理有各種各樣之美，它們各自獨(dú)立、各有特點(diǎn)，又相互聯(lián)系、相互依存.感受這些，養(yǎng)成從不同角度分析研究問(wèn)題，在不知不覺(jué)之間、在快樂(lè)學(xué)習(xí)中學(xué)生不僅理解了各個(gè)知識(shí)點(diǎn)，而且從更高視野建立了高中物理知識(shí)的體系.

什么是物理之美？就是在我們研究各種物理現(xiàn)象，追尋新的物理規(guī)律的過(guò)程中所看到和體會(huì)到的讓我們愉悅甚至震撼的情感.這些情感必將促使我們與物理的關(guān)系更加的緊密，讓我們?cè)谖锢淼牡缆飞献叩母h(yuǎn).什么是物理之美？物理之美就是在我們認(rèn)識(shí)物理知識(shí)的每一個(gè)階段都能有不同的美的感受.我們所走過(guò)的每一個(gè)階段，都會(huì)讓我們對(duì)世界有更本質(zhì)的認(rèn)識(shí)，有趣的問(wèn)題出現(xiàn)讓我們永遠(yuǎn)不失探索的目標(biāo).物理與美永遠(yuǎn)與我們同行.