物理學(xué)中的哲學(xué)美

王淵

摘要：物理學(xué)是研究自然界最基本的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，幾百年來，經(jīng)過歷代物理學(xué)家的探索與實(shí)踐，已經(jīng)建成了一個(gè)包括經(jīng)典和近代物理學(xué)在內(nèi)的，宏偉完整的理論體系，這些理論成果在表述和結(jié)構(gòu)上是那樣的嚴(yán)謹(jǐn)和完美，它們所揭示的世界奧秘是那樣奇妙而令人信服。翻開物理學(xué)的歷史，那些閃爍物理學(xué)家智慧光芒的成果就像顆顆寶石鑲嵌的浩瀚星空，真的是美不勝收[1]。

關(guān)鍵詞：簡(jiǎn)單美；統(tǒng)一多樣美；對(duì)稱美；因果美；矛盾美

G633.7

一位科學(xué)家說過：“科學(xué)家的靈竅，詩(shī)人的心扉，畫家的慧眼，所感受到的都是同樣的和諧，同樣的優(yōu)美，同樣的富有韻律和節(jié)奏.”無論是科學(xué)家，還是畫家、詩(shī)人、哲學(xué)家， 最終的目的就是追尋生活和自然界的真善美。

一、簡(jiǎn)單之美

“真理往往都是最簡(jiǎn)單的”。好多物理現(xiàn)象，往往都是猜想到最簡(jiǎn)單的結(jié)論上，然后通過邏輯推理論證，大量實(shí)驗(yàn)得出來的。愛因斯坦以為：“有可能把自然規(guī)律歸結(jié)為一些簡(jiǎn)單的原理；評(píng)價(jià)一個(gè)理論是不是美，標(biāo)準(zhǔn)正是原理上的簡(jiǎn)單性，不是技術(shù)上的困難性. [2]”事實(shí)上，愛因斯坦的質(zhì)能方程E=mc2，普朗克的能量與頻率的關(guān)系式E=hν，牛頓第二定律F=ma，牛頓的萬有引力定律 和庫(kù)侖的電荷靜電相互作用定律 等，都是用極其簡(jiǎn)單的形式表達(dá)了理解起來卻那么復(fù)雜的自然界的規(guī)律，難怪人們都贊嘆這些定律的優(yōu)美。所以說物理學(xué)的美在于它發(fā)現(xiàn)自然界存在的簡(jiǎn)單性。

二、統(tǒng)一和多樣美

世界物質(zhì)的統(tǒng)一性既是唯物主義的哲學(xué)命題，也是物理學(xué)的方法論原理之一。無論牛頓是否認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，萬有引力的發(fā)現(xiàn)都在客觀上給出了世界物質(zhì)統(tǒng)一性的一個(gè)證明。萬有引力定律表明，行星圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)所受到的引力，與衛(wèi)星圍繞行星運(yùn)動(dòng)所受到的引力，以及地球?qū)Φ厍蛏系奈矬w的吸引力，都是同一種力。從力學(xué)的角度，論證了自然界的物質(zhì)統(tǒng)一性。高一我們學(xué)習(xí)了萬有引力定律，知道“自然界中任意兩個(gè)物體間有吸引力，引力的大小跟質(zhì)量的成績(jī)成正比，跟距離的二次方成反比，作用力的方向在它們連線上[3]?！钡搅烁叨覀冇謱W(xué)習(xí)了庫(kù)侖定律，知道“真空中靜止的點(diǎn)電荷間有相互作用，作用力的大小跟電荷量的乘積成正比，跟距離的二次方成反比，作用力的方向在它們的連線上[4]?！比f有引力與物體的質(zhì)量有關(guān)，靜電力與電荷的電荷量有關(guān)；萬有引力只存在引力，而靜電力有引力和斥力，這說明了自然規(guī)律的多樣性。另一方面，萬有引力定律和庫(kù)侖力定律都遵循距離的“平方反比”規(guī)律，表現(xiàn)形式也十分相似，相互作用都是相關(guān)“場(chǎng)”的作用?？梢姡匀唤绲氖挛锉M管是多種多樣的，但卻具有統(tǒng)一的一面。從這些側(cè)面我們可以體會(huì)到自然界的和諧與多樣的美。

三、對(duì)稱美

自然界和現(xiàn)實(shí)社會(huì)中有很多對(duì)稱美的例子：鳥兒飛翔煽動(dòng)美麗的翅膀，但是它如果只有一只翅膀，它的美將會(huì)大打折扣；中外的古代的建筑無不以對(duì)稱設(shè)計(jì)為美…………對(duì)稱美的概念已經(jīng)自然地進(jìn)人了人的審美意識(shí)。隨著近代物理學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)物理學(xué)中存在著大量的對(duì)稱現(xiàn)象。如作用力與反作用力；正電荷與負(fù)電荷；正物質(zhì)與反物質(zhì)等[5]；還有更加直觀的靜電場(chǎng)中等量異種點(diǎn)電荷和等量同種點(diǎn)電荷的電場(chǎng)線關(guān)于點(diǎn)線面對(duì)稱，再比如磁場(chǎng)中的條形磁體的磁感線，如圖所示，對(duì)稱美顯而易見，淋漓盡致。這些不具備深厚物理學(xué)修養(yǎng)的人也能欣賞的對(duì)稱。讓我們切實(shí)的感到物理學(xué)中有大量的對(duì)稱美。

四、因果美

因果關(guān)系作為客觀現(xiàn)象之間引起與被引起的關(guān)系，它是客觀存在的。物理學(xué)中的因果關(guān)系是指物質(zhì)世界中各現(xiàn)象之間存在著客觀聯(lián)系。一個(gè)現(xiàn)象由另外一個(gè)或一些現(xiàn)象引起，因果關(guān)系客觀地存在于物質(zhì)世界的運(yùn)動(dòng)和變化之中。這個(gè)哲學(xué)范疇在于說明，物質(zhì)世界中各現(xiàn)象之間存在著客觀的聯(lián)系，任一現(xiàn)象自身都是由另外的一個(gè)或一些現(xiàn)象引起的，并且它又總會(huì)導(dǎo)致一個(gè)或一些新現(xiàn)象的出現(xiàn)。這里，引起一定現(xiàn)象的現(xiàn)象是原因，產(chǎn)生的現(xiàn)象是結(jié)果。比如說，牛頓運(yùn)動(dòng)定律告訴我們力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，即是產(chǎn)生加速度的原因，也就是說力是“因”，加速度是“果”。再比如說，法拉第電磁定律告訴我們磁通量的改變會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。磁通量的改變是“因”，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是“果”。

五、矛盾美

辯正唯物主義中的矛盾是指客觀事物本身存在著兩種既互相對(duì)立又互相統(tǒng)一的傾向。毛澤東同志曾經(jīng)說過“沒有矛盾就沒有世界”，說明了矛盾的普遍性原理。即無論是自然界、人類社會(huì)還是思維，無論過去、現(xiàn)在或者將來，矛盾都是普遍存在的。也就是說“事事有矛盾，時(shí)時(shí)有矛盾，處處有矛盾?！迸ｎD運(yùn)動(dòng)定律告訴我們力改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而慣性抵抗外力使物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即力與慣性就是一對(duì)矛盾。更深層次的說，質(zhì)量本身就是一個(gè)矛盾體，我們知道只要有質(zhì)量存在，就有引力存在。因此，現(xiàn)在我們對(duì)質(zhì)量也有了新的認(rèn)識(shí)，它是引力的代名詞，我們也把具有這種性質(zhì)的質(zhì)量叫做引力質(zhì)量。還有一個(gè)質(zhì)量，它是與慣性有關(guān)的，它具有抵抗外力使物體保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的性質(zhì)，我們把具有這種性質(zhì)的質(zhì)量叫做慣性質(zhì)量。同一個(gè)質(zhì)量竟然表現(xiàn)出兩種截然相反的性質(zhì)：質(zhì)量具有慣性使物體在一定程度上抵抗外力而不使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，但同時(shí)具有引力而使別的物體和自身產(chǎn)生加速度而使運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，質(zhì)量的這種對(duì)立的性質(zhì)統(tǒng)一于物體本身。再比如楞次定律告訴我們感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)總是阻礙產(chǎn)生感應(yīng)電流的磁通量的變化。也就是說感應(yīng)磁場(chǎng)和原磁場(chǎng)的變化是一對(duì)矛盾，平時(shí)我們教學(xué)中總結(jié)的“增反減同，來拒去留，增縮減擴(kuò)”，讓我們?cè)俅误w會(huì)到矛盾的魅力。也許自然界本身就是一個(gè)對(duì)立統(tǒng)一的矛盾體。因而自然界教給我們的是應(yīng)當(dāng)辯證的、矛盾的看待分析客觀事物和現(xiàn)象。

綜上所述，自然界的規(guī)律，物理學(xué)的美能夠反映客觀世界本質(zhì)的科學(xué)美，同時(shí)又蘊(yùn)含了哲學(xué)美。它的簡(jiǎn)單、統(tǒng)一、多樣、因果、矛盾是那么動(dòng)人心弦，令人贊嘆。

參考文獻(xiàn)：

[1]孟智明《物理學(xué)之美》

[2]愛因斯坦文集；

[3]人教版物理必修2

[4]人教版物理選修3-1

[5]眭平《物理學(xué)之美和物理學(xué)創(chuàng)造》