自然科學(xué)中的美學(xué)

1、自自 然然 科科 學(xué)學(xué) 中中 的的 美美 學(xué)學(xué)美美 的的 基基 本本 描描 述述 美的基本形態(tài)：藝術(shù)美，現(xiàn)實(shí)美，社會(huì)美，自然美，科技美美的基本形態(tài)：藝術(shù)美，現(xiàn)實(shí)美，社會(huì)美，自然美，科技美 愛美之心，人皆有之。人愛美，動(dòng)物和植物已如此。愛美之心，人皆有之。人愛美，動(dòng)物和植物已如此。 凡是美的事物，都是符合事物發(fā)展規(guī)律的，代表事物的發(fā)展凡是美的事物，都是符合事物發(fā)展規(guī)律的，代表事物的發(fā)展 方向。因此，美，體現(xiàn)了方向。因此，美，體現(xiàn)了“真真”，包含了，包含了“真真”。 美，意味著美，意味著“真理真理”與與“和諧和諧” ” ; ; 美，隱含著科學(xué)。美，隱含著科學(xué)。 自然科學(xué)具有自身的美，體現(xiàn)了美學(xué)原理

2、。自然科學(xué)具有自身的美，體現(xiàn)了美學(xué)原理。 只有美的事物、現(xiàn)象，才是科學(xué)的。否則，是偽科學(xué)。只有美的事物、現(xiàn)象，才是科學(xué)的。否則，是偽科學(xué)。 原子彈之父原子彈之父奧本海默奧本海默認(rèn)為：自然科學(xué)，是研究自然規(guī)律與秩序認(rèn)為：自然科學(xué)，是研究自然規(guī)律與秩序 的科學(xué)，探究物質(zhì)的和諧存在與運(yùn)動(dòng)的根源。自然科學(xué)本身不的科學(xué)，探究物質(zhì)的和諧存在與運(yùn)動(dòng)的根源。自然科學(xué)本身不 是美學(xué)，但富含美的素材，需要我們?nèi)グl(fā)掘。是美學(xué)，但富含美的素材，需要我們?nèi)グl(fā)掘。 對(duì)美的追求，是自然科學(xué)發(fā)展的源動(dòng)力。對(duì)美的追求，是自然科學(xué)發(fā)展的源動(dòng)力。 美的表現(xiàn)形式：美的表現(xiàn)形式： 對(duì)稱美對(duì)稱美 簡單美簡單美 和諧美（統(tǒng)一美）和諧美（統(tǒng)

3、一美） 新奇美新奇美 常數(shù)美常數(shù)美一一、對(duì)稱美、對(duì)稱美 人類對(duì)美的認(rèn)識(shí)，幾乎和人類文明同步。人類對(duì)美的認(rèn)識(shí)，幾乎和人類文明同步。 上帝造人過程中，就注重了對(duì)稱美。上帝先造了亞當(dāng)，后來造了夏上帝造人過程中，就注重了對(duì)稱美。上帝先造了亞當(dāng)，后來造了夏 娃，于是人類有了男人和女人。男人和女人合成了一部詩歌，演繹了塵娃，于是人類有了男人和女人。男人和女人合成了一部詩歌，演繹了塵 世的風(fēng)和雨。男人和女人之間的故事，沒有序幕，也沒有結(jié)尾。世的風(fēng)和雨。男人和女人之間的故事，沒有序幕，也沒有結(jié)尾。 人類社會(huì)的歷史，就是男人和女人的歷史，促進(jìn)了人類社會(huì)的進(jìn)步。人類社會(huì)的歷史，就是男人和女人的歷史，促進(jìn)了人類社會(huì)

4、的進(jìn)步。 對(duì)稱美，分為對(duì)稱美，分為“空間美空間美”和和“時(shí)間美時(shí)間美”： 人體具有形體美，是因?yàn)槿说奈骞偈强臻g對(duì)稱的。人體具有形體美，是因?yàn)槿说奈骞偈强臻g對(duì)稱的。 建筑中，最容易找到空間對(duì)稱的例子建筑中，最容易找到空間對(duì)稱的例子 。從功能的角度。從功能的角度來來 看，對(duì)稱性的建筑通常具有較高的穩(wěn)定性，建造時(shí)也更看，對(duì)稱性的建筑通常具有較高的穩(wěn)定性，建造時(shí)也更 容易實(shí)現(xiàn)。容易實(shí)現(xiàn)。 上拋運(yùn)動(dòng)和斜拋運(yùn)動(dòng)，在上升和下降過程中，有著空間上拋運(yùn)動(dòng)和斜拋運(yùn)動(dòng)，在上升和下降過程中，有著空間 上的對(duì)稱性。上的對(duì)稱性。 上帝在創(chuàng)造時(shí)間時(shí)，也給自然界以十全十美的對(duì)稱：上帝在創(chuàng)造時(shí)間時(shí)，也給自然界以十全十美的對(duì)稱：

5、 地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，帶來了白天、黑夜的對(duì)稱。地球的自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)，帶來了白天、黑夜的對(duì)稱。 對(duì)稱美，給人以勻稱、均衡、連貫、流暢的感受。對(duì)稱美，給人以勻稱、均衡、連貫、流暢的感受。 自然界總是遵循著自然界總是遵循著“中庸之道中庸之道”的準(zhǔn)則。的準(zhǔn)則。 “中庸之道中庸之道”的基本準(zhǔn)的基本準(zhǔn)則：則： 不偏不倚，不正不負(fù)。自然界中，電荷有正有負(fù)，而且正電荷總不偏不倚，不正不負(fù)。自然界中，電荷有正有負(fù)，而且正電荷總 數(shù)等于負(fù)電荷總數(shù)，所以，自然界顯示中性。數(shù)等于負(fù)電荷總數(shù)，所以，自然界顯示中性。 研究自然科學(xué)時(shí)，對(duì)自然科學(xué)時(shí)，對(duì)“對(duì)稱美對(duì)稱美”的追求，成就了許多非凡的成就。的追求，成就了許多非凡的成就。

6、庫侖（庫侖（1736.6 1806.8，法），法） ，在追求與在追求與牛頓（牛頓（1642.12-1727.3,英）英）萬萬 有引力定律的有引力定律的“對(duì)稱對(duì)稱”中，中， 得出了庫侖定律。得出了庫侖定律。法法拉第拉第(1791.9-1867.8，英，英)從對(duì)稱美中發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律的。從對(duì)稱美中發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)定律的。他認(rèn)為：既然電能生磁他認(rèn)為：既然電能生磁( (奧斯特奧斯特1777.8-1851.3，丹麥，丹麥) )，磁也應(yīng)能生，磁也應(yīng)能生電，才能顯示自然界的對(duì)稱美。經(jīng)過電，才能顯示自然界的對(duì)稱美。經(jīng)過1010年研究，年研究，18311831年年1010月月1717日，日，終于終于用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了

7、電與磁之間存在用實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電與磁之間存在對(duì)稱美對(duì)稱美的設(shè)想。的設(shè)想。122 (1687)m mFGr122 (1785)q qFkr牛頓萬有引力定律（英）牛頓萬有引力定律（英）庫侖定律（法）庫侖定律（法）常數(shù)麥克斯韋麥克斯韋（1831.6-1879.11，英），英） 1864年根據(jù)電與磁的對(duì)稱性，在沒有任年根據(jù)電與磁的對(duì)稱性，在沒有任何實(shí)驗(yàn)支持的情況下，大膽地在安培定律中平添了何實(shí)驗(yàn)支持的情況下，大膽地在安培定律中平添了“位移電流位移電流”矢量項(xiàng)，矢量項(xiàng)，使麥克斯韋得以建立起呈現(xiàn)使麥克斯韋得以建立起呈現(xiàn)對(duì)稱美對(duì)稱美的方程組。其中，主要的四個(gè)方程彼的方程組。其中，主要的四個(gè)方程彼此相容，成為自洽

8、的、關(guān)于電磁場的完整理論體系，被譽(yù)為自然界最優(yōu)此相容，成為自洽的、關(guān)于電磁場的完整理論體系，被譽(yù)為自然界最優(yōu)美的詩。美的詩。 ddlStDHlSStBlESldd 0d SSBqSDS d 積分形式積分形式t DHJ +tBE 0 B D微分形式微分形式狄拉克（狄拉克（19021984，英），世界著名數(shù)學(xué)，英），世界著名數(shù)學(xué)-物理學(xué)家，建立了相對(duì)物理學(xué)家，建立了相對(duì)量子論。量子論。 1933年，獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年，獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 狄拉克狄拉克崇尚崇尚對(duì)稱美，堅(jiān)信：在一個(gè)物理系統(tǒng)的所有可能表象之間，對(duì)稱美，堅(jiān)信：在一個(gè)物理系統(tǒng)的所有可能表象之間，必定存在著一種優(yōu)美的對(duì)稱性。必定存在著一

9、種優(yōu)美的對(duì)稱性。 物理上，物理上，負(fù)能態(tài)負(fù)能態(tài)比比正能態(tài)正能態(tài)能量更低。根據(jù)量子躍遷理論，一切能量更低。根據(jù)量子躍遷理論，一切正能正能態(tài)態(tài)的粒子和物質(zhì)都將無休止地向的粒子和物質(zhì)都將無休止地向負(fù)能態(tài)負(fù)能態(tài)躍遷，這樣將導(dǎo)致宏觀物質(zhì)全躍遷，這樣將導(dǎo)致宏觀物質(zhì)全部解體的結(jié)論。為了擺脫這種與事實(shí)不符的困境，狄拉克根據(jù)部解體的結(jié)論。為了擺脫這種與事實(shí)不符的困境，狄拉克根據(jù)泡利泡利不不相容相容原理，于原理，于1930年提出了著名的年提出了著名的空穴空穴理論：空穴是一種新的粒子，理論：空穴是一種新的粒子，與電子的質(zhì)量相同，但電荷相反，預(yù)言了與電子的質(zhì)量相同，但電荷相反，預(yù)言了“正電子正電子”的存在。的存在。

10、他假定，自然界的所謂他假定，自然界的所謂“真空真空”，并非空無一物。所有的負(fù)能態(tài)都，并非空無一物。所有的負(fù)能態(tài)都將被電子填滿，形成負(fù)能態(tài)的電子海；正能態(tài)的電子不可能再往下躍將被電子填滿，形成負(fù)能態(tài)的電子海；正能態(tài)的電子不可能再往下躍遷，這樣就保證了原子的穩(wěn)定性。當(dāng)處于負(fù)能態(tài)的電子受到激發(fā)從負(fù)遷，這樣就保證了原子的穩(wěn)定性。當(dāng)處于負(fù)能態(tài)的電子受到激發(fā)從負(fù)能級(jí)的能級(jí)的“海洋海洋”中逸出時(shí)，就留下一個(gè)空穴；這個(gè)空穴，就相當(dāng)于一中逸出時(shí)，就留下一個(gè)空穴；這個(gè)空穴，就相當(dāng)于一個(gè)帶正電荷的粒子（正電子）。這一假設(shè)，為半導(dǎo)體技術(shù)，進(jìn)而為電個(gè)帶正電荷的粒子（正電子）。這一假設(shè)，為半導(dǎo)體技術(shù)，進(jìn)而為電子技術(shù)、計(jì)算

11、機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 1932年，安德森（年，安德森（1905-1991，美）在宇宙射線實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了正電子，美）在宇宙射線實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)了正電子，證實(shí)了狄拉克的預(yù)言，安德森因此獲得證實(shí)了狄拉克的預(yù)言，安德森因此獲得1936年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 通信，在尋求光電的對(duì)稱中得到發(fā)展。通信，在尋求光電的對(duì)稱中得到發(fā)展。 電：能攜帶信息，有帶寬，調(diào)制方式有：調(diào)幅電：能攜帶信息，有帶寬，調(diào)制方式有：調(diào)幅、調(diào)頻調(diào)頻、調(diào)相。調(diào)相。 光：由電子在不同能級(jí)間躍遷產(chǎn)生。光子作為電子的光：由電子在不同能級(jí)間躍遷產(chǎn)生。光子作為電子的“第二第二 代代

12、” 產(chǎn)品，具有電子所具備的這些性能。而且更具優(yōu)越性：產(chǎn)品，具有電子所具備的這些性能。而且更具優(yōu)越性： 不帶電、沒靜止質(zhì)量不帶電、沒靜止質(zhì)量、寬帶寬（寬帶寬（1012）、高頻率高頻率（1014）。）。 光磁的對(duì)稱美：光磁的對(duì)稱美： 光本身是一種特殊的電磁波，通信保密性能好，可以做到光本身是一種特殊的電磁波，通信保密性能好，可以做到 萬里傳輸無中繼。萬里傳輸無中繼。 折射定律具備對(duì)稱美。其形式如下折射定律具備對(duì)稱美。其形式如下: n1sin1=n2sin2 n1是入射光一側(cè)的折射指數(shù)，是入射光一側(cè)的折射指數(shù)，n2是折射光一側(cè)的折射指數(shù)是折射光一側(cè)的折射指數(shù), 1是入射角，是入射角，2是折射角，可直

13、接推出光的可逆性原理。是折射角，可直接推出光的可逆性原理。二二、簡單美、簡單美 自然界的多種現(xiàn)象，看起來錯(cuò)綜復(fù)雜。然而，其背后隱藏的 規(guī)律卻是簡單的。 自然界中最簡單的字符是自然界中最簡單的字符是0 0和和1 1。奇特的是，自然界中的所有。奇特的是，自然界中的所有數(shù)字或事件，都可由不同數(shù)目的數(shù)字或事件，都可由不同數(shù)目的0 0和和1 1組成；比如組成；比如“1”1”可表示可表示為為“0001”0001”，“2”2”可表示為可表示為“0010”0010”，“3”3”可表示為可表示為“0011”0011”。經(jīng)過計(jì)算機(jī)的組合后，一個(gè)復(fù)雜而多彩的世界。經(jīng)過計(jì)算機(jī)的組合后，一個(gè)復(fù)雜而多彩的世界便可呈現(xiàn)在世

14、人面前；它將開關(guān)的閉與合、意見的同意與不同便可呈現(xiàn)在世人面前；它將開關(guān)的閉與合、意見的同意與不同意、表決的通過與不通過、條件的滿足與不滿足、事件的發(fā)生意、表決的通過與不通過、條件的滿足與不滿足、事件的發(fā)生與沒發(fā)生、集成電路內(nèi)部晶體管的導(dǎo)通與截止、不同狀態(tài)信息與沒發(fā)生、集成電路內(nèi)部晶體管的導(dǎo)通與截止、不同狀態(tài)信息之間的相互轉(zhuǎn)換、通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同信號(hào)的傳遞等展示得淋漓盡之間的相互轉(zhuǎn)換、通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)不同信號(hào)的傳遞等展示得淋漓盡致，揭示了自然界數(shù)學(xué)體系的簡潔性。致，揭示了自然界數(shù)學(xué)體系的簡潔性。 物理學(xué)家物理學(xué)家海森堡海森堡（1901.121976.2,諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，量子力學(xué)創(chuàng)始人諾貝爾獎(jiǎng)獲得者，量子力

15、學(xué)創(chuàng)始人, 德國）分析了德國）分析了 科學(xué)發(fā)展與科學(xué)美感的關(guān)系，他發(fā)現(xiàn)：自然科學(xué)家，如科學(xué)發(fā)展與科學(xué)美感的關(guān)系，他發(fā)現(xiàn)：自然科學(xué)家，如 哥白尼、伽利略、開普勒、牛頓等，哥白尼、伽利略、開普勒、牛頓等，都追求自然規(guī)律的簡單性，并以都追求自然規(guī)律的簡單性，并以 數(shù)學(xué)定律的形式表現(xiàn)出來。數(shù)學(xué)定律的形式表現(xiàn)出來。 愛因斯坦（愛因斯坦（1879.3.14-1955.4.18 ，德）認(rèn)為：德）認(rèn)為：“豐富多彩、錯(cuò)綜復(fù)雜、撲豐富多彩、錯(cuò)綜復(fù)雜、撲 朔謎題的現(xiàn)象世界，表面可能是千差萬別的；但本質(zhì)上，都可邏輯地歸朔謎題的現(xiàn)象世界，表面可能是千差萬別的；但本質(zhì)上，都可邏輯地歸 結(jié)為少數(shù)幾個(gè)基本概念與結(jié)為少數(shù)幾個(gè)基

16、本概念與 原理。這樣一來，整個(gè)世界既和諧又統(tǒng)一。一原理。這樣一來，整個(gè)世界既和諧又統(tǒng)一。一 切科學(xué)的偉大目標(biāo)就在于：尋找一個(gè)能把觀察到的事物聯(lián)系在一起的思想切科學(xué)的偉大目標(biāo)就在于：尋找一個(gè)能把觀察到的事物聯(lián)系在一起的思想 體系，具有最大可體系，具有最大可 能的簡單性，并能用能的簡單性，并能用數(shù)學(xué)的方法數(shù)學(xué)的方法表示出來。表示出來。” 愛因斯坦堅(jiān)信：只有找到一個(gè)統(tǒng)一的場方程，世界才是最和諧的。愛因斯坦堅(jiān)信：只有找到一個(gè)統(tǒng)一的場方程，世界才是最和諧的。 在生命的最后三十二年里，他孜孜不倦地尋找物理學(xué)的大統(tǒng)一理論。在生命的最后三十二年里，他孜孜不倦地尋找物理學(xué)的大統(tǒng)一理論。 正如他所說：正如他所說：

17、“對(duì)這個(gè)或那個(gè)現(xiàn)象，我并不感興趣；我想知道的是上帝對(duì)這個(gè)或那個(gè)現(xiàn)象，我并不感興趣；我想知道的是上帝 的思想，上帝是如何創(chuàng)造這個(gè)世界的；其它的只是我不關(guān)心的細(xì)節(jié)。的思想，上帝是如何創(chuàng)造這個(gè)世界的；其它的只是我不關(guān)心的細(xì)節(jié)?！?世界最終可用對(duì)稱和簡單來理解世界最終可用對(duì)稱和簡單來理解! 簡單，是數(shù)學(xué)的最高境界。簡單，是數(shù)學(xué)的最高境界。 狄拉克狄拉克認(rèn)為：數(shù)學(xué)方程式的簡單化，比符合實(shí)驗(yàn)更重要認(rèn)為：數(shù)學(xué)方程式的簡單化，比符合實(shí)驗(yàn)更重要因?yàn)?，?shí)驗(yàn)的差異，可能是沒有考慮一些細(xì)小的問題；而這些細(xì)因?yàn)?，?shí)驗(yàn)的差異，可能是沒有考慮一些細(xì)小的問題；而這些細(xì)小的問題，將會(huì)隨著理論的發(fā)展得到澄清。一個(gè)人，在進(jìn)行研究小

18、的問題，將會(huì)隨著理論的發(fā)展得到澄清。一個(gè)人，在進(jìn)行研究時(shí)，假如具有敏銳的洞察力，時(shí)，假如具有敏銳的洞察力，能想方設(shè)法使方程簡單化，能想方設(shè)法使方程簡單化，那么，那么，他就肯定會(huì)獲得進(jìn)步。他就肯定會(huì)獲得進(jìn)步。 狄拉克通過方程的簡化得出：電子自旋的角動(dòng)量是狄拉克通過方程的簡化得出：電子自旋的角動(dòng)量是1/21/2，而不，而不是整數(shù)。這一點(diǎn)得到了自然的解釋。初步了解其中奧妙的人，無是整數(shù)。這一點(diǎn)得到了自然的解釋。初步了解其中奧妙的人，無不驚嘆其為不驚嘆其為“神來之筆神來之筆”，是常人無法想到的。就連當(dāng)時(shí)最負(fù)盛，是常人無法想到的。就連當(dāng)時(shí)最負(fù)盛名的名的海森海森堡堡（德）（德）和和德布羅意德布羅意（189

19、2. 81987. 3，法法 ）看了）看了狄拉克狄拉克（英）（英）的文章之后，無法理解的文章之后，無法理解狄拉克狄拉克是怎樣想出此神來之筆的。是怎樣想出此神來之筆的。 物物質(zhì)世界總是展現(xiàn)質(zhì)世界總是展現(xiàn)“簡單簡單”的風(fēng)采的風(fēng)采 一切物質(zhì)都由最簡單的粒子原子（原子核和電子）組成。一切物質(zhì)都由最簡單的粒子原子（原子核和電子）組成。 光，總是沿著最簡單的直線傳播。光，總是沿著最簡單的直線傳播。 行星，總是沿著最簡單的幾何曲線行星，總是沿著最簡單的幾何曲線圓、橢圓、拋物圓、橢圓、拋物線線 或雙曲線運(yùn)動(dòng)?；螂p曲線運(yùn)動(dòng)。 氣體，總是從高濃度向低濃度地方擴(kuò)散。氣體，總是從高濃度向低濃度地方擴(kuò)散。 物體，總是從

20、能量高的地方向能量低的地方運(yùn)動(dòng)物體，總是從能量高的地方向能量低的地方運(yùn)動(dòng) 能量最低原理。能量最低原理。 自然界中的各種顏色，都可通過自然界中的各種顏色，都可通過七基色七基色合成。研究發(fā)合成。研究發(fā) 現(xiàn)，三基色現(xiàn)，三基色-二基色亦可合成各種顏色。二基色亦可合成各種顏色。 物物理定理理定理、規(guī)律規(guī)律、公式，總是體現(xiàn)著邏輯上的簡單美公式，總是體現(xiàn)著邏輯上的簡單美 21121 222F = F= - F mLSR= U= I R C=S4d=L I = - E -E=hdtmqqF= G F= k rrsvatkdm tDH 科學(xué)的宗旨是簡單化科學(xué)的宗旨是簡單化 牛頓定律：將宏觀、低速條件下各種機(jī)械運(yùn)

21、動(dòng)的規(guī)律，組牛頓定律：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)秩序井然的集體成了一個(gè)秩序井然的集體; 麥克斯韋方程組：建立了一個(gè)和諧圓滿的電磁場家庭。麥克斯韋方程組：建立了一個(gè)和諧圓滿的電磁場家庭。 量子力學(xué)理論（量子力學(xué)理論（海森堡海森堡）：使行蹤飄忽的微觀粒子眉目清晰。）：使行蹤飄忽的微觀粒子眉目清晰。 統(tǒng)一論（統(tǒng)一論（愛因斯坦）愛因斯坦）：宇宙中紛亂的種種作用力，在本質(zhì)上：宇宙中紛亂的種種作用力，在本質(zhì)上可可 歸結(jié)為四種：強(qiáng)相互作用、弱相互作用、萬有引力、電磁力歸結(jié)為四種：強(qiáng)相互作用、弱相互作用、萬有引力、電磁力 。 這些概念、定理、公式，都體現(xiàn)了自然科學(xué)理論體系的簡這些概念、

22、定理、公式，都體現(xiàn)了自然科學(xué)理論體系的簡 單美。單美。 物理學(xué)結(jié)構(gòu)的各分支具備簡單美物理學(xué)結(jié)構(gòu)的各分支具備簡單美 力學(xué) （代表人物： 牛頓） 熱學(xué)（卡諾、開爾文：卡諾定理、熱力學(xué)第二定理） 電學(xué)（庫侖、 高斯、 歐姆、 焦耳、基爾霍夫） 磁學(xué)（法拉第、 洛倫茲 ）。 光學(xué) (費(fèi)更斯、赫茲、愛因斯坦) 原子物理（巴耳末、牛頓巴耳末、牛頓 、麥克斯韋、麥克斯韋、 愛因斯坦、惠更斯愛因斯坦、惠更斯 ）： 物質(zhì)由簡單的質(zhì)子、中子、電子組成12202123n E Q=I RtI +I +I +I =0 ()0q qqFkdSrUIR = (B)dfq vdt 21EEhv總之：總之： 物理學(xué)的簡單之美，

23、突出表現(xiàn)在：能將許多內(nèi)涵豐富的物理學(xué)的簡單之美，突出表現(xiàn)在：能將許多內(nèi)涵豐富的物理規(guī)律，用極其精煉的物理規(guī)律，用極其精煉的數(shù)學(xué)數(shù)學(xué)語言表達(dá)出來，給人以美的感語言表達(dá)出來，給人以美的感受。這就是簡單性帶來的美。受。這就是簡單性帶來的美。 這種簡單之美，既表現(xiàn)在這種簡單之美，既表現(xiàn)在理論理論上的簡單，也表現(xiàn)在數(shù)學(xué)上的簡單，也表現(xiàn)在數(shù)學(xué)形式形式上的簡單，還體現(xiàn)在上的簡單，還體現(xiàn)在邏輯邏輯上的簡單。上的簡單。三三、和諧美（統(tǒng)一美）、和諧美（統(tǒng)一美） 和諧是美學(xué)的重要法則。宇宙和數(shù)之間，內(nèi)部隱含的邏輯和諧是美學(xué)的重要法則。宇宙和數(shù)之間，內(nèi)部隱含的邏輯 關(guān)系是美的，因?yàn)樗麄兪呛椭C的。關(guān)系是美的，因?yàn)樗麄兪?/p>

24、和諧的。 和諧、統(tǒng)一，給人以渾然一體，恰如其分、輕松自如的美感。和諧、統(tǒng)一，給人以渾然一體，恰如其分、輕松自如的美感。 從古到今，一貫是自然科學(xué)追求的目標(biāo)。從古到今，一貫是自然科學(xué)追求的目標(biāo)。 盧瑟福（盧瑟福（1871.8.-1937.10，新西蘭，新西蘭 ）1906年提出了原子核結(jié)構(gòu)年提出了原子核結(jié)構(gòu) 模型：所有電子都在各自的軌道上繞原子核旋轉(zhuǎn)。這跟太陽模型：所有電子都在各自的軌道上繞原子核旋轉(zhuǎn)。這跟太陽 系里，行星在各自的軌道上圍繞太陽運(yùn)行非常類似。顯示了系里，行星在各自的軌道上圍繞太陽運(yùn)行非常類似。顯示了 宏觀和微觀之間的和諧統(tǒng)一。宏觀和微觀之間的和諧統(tǒng)一。 動(dòng)量守恒定律，既適用于研究動(dòng)

25、量守恒定律，既適用于研究宏觀宏觀物體的某些物理問題，又物體的某些物理問題，又 適用于研究適用于研究微觀微觀物體的某些物理問題。這說明，對(duì)宏觀與微觀物體的某些物理問題。這說明，對(duì)宏觀與微觀 物理問題的研究方法，存在著和諧、統(tǒng)一的特征。物理問題的研究方法，存在著和諧、統(tǒng)一的特征。 物理學(xué)家認(rèn)為：物質(zhì)、能量、動(dòng)量三大守恒定律的存在，物理學(xué)家認(rèn)為：物質(zhì)、能量、動(dòng)量三大守恒定律的存在， 是物質(zhì)世界和諧性的最完美體現(xiàn)。物質(zhì)規(guī)律的對(duì)立、統(tǒng)一，是物質(zhì)世界和諧性的最完美體現(xiàn)。物質(zhì)規(guī)律的對(duì)立、統(tǒng)一， 也是宇宙和諧的反映。也是宇宙和諧的反映。 自然科學(xué)的發(fā)展過程中，追求理論的統(tǒng)一是科學(xué)家們的夢想。自然科學(xué)的發(fā)展過程

26、中，追求理論的統(tǒng)一是科學(xué)家們的夢想。 統(tǒng)一，統(tǒng)一， 就是：在不附加太多的假定條件下，盡可能前、后就是：在不附加太多的假定條件下，盡可能前、后 一致地解釋更多的物理現(xiàn)象。一致地解釋更多的物理現(xiàn)象。 牛頓，把地球上的力學(xué)與天上的力學(xué)統(tǒng)一起來。牛頓，把地球上的力學(xué)與天上的力學(xué)統(tǒng)一起來。 麥克斯韋方程，把電、磁、光統(tǒng)一起來麥克斯韋方程，把電、磁、光統(tǒng)一起來-電磁場理論。電磁場理論。 愛因斯坦相對(duì)論，把牛頓力學(xué)和麥克斯韋方程統(tǒng)一起來。愛因斯坦相對(duì)論，把牛頓力學(xué)和麥克斯韋方程統(tǒng)一起來。 目前，人們正在著力研究包括四種相互作用（強(qiáng)目前，人們正在著力研究包括四種相互作用（強(qiáng)相互作用相互作用、弱相、弱相 互作用

27、互作用、萬有引力、電磁力萬有引力、電磁力 ）都統(tǒng)一起來的）都統(tǒng)一起來的超對(duì)稱超對(duì)稱大統(tǒng)一大統(tǒng)一理論。理論。四四、新奇美、新奇美 在疑難和錯(cuò)綜復(fù)雜的迷宮中，發(fā)現(xiàn)意想不到的捷徑，這就是在疑難和錯(cuò)綜復(fù)雜的迷宮中，發(fā)現(xiàn)意想不到的捷徑，這就是新奇的境界。新奇的境界。 新奇，是指新奇，是指科學(xué)思想的創(chuàng)造性科學(xué)思想的創(chuàng)造性和和科學(xué)方法的新穎性科學(xué)方法的新穎性。新奇是。新奇是和諧基礎(chǔ)上的創(chuàng)造，新奇又是和諧的條件。雷同、重復(fù)的事物和諧基礎(chǔ)上的創(chuàng)造，新奇又是和諧的條件。雷同、重復(fù)的事物沒有和諧可言。新奇沒有和諧可言。新奇而又而又和諧，多樣和諧，多樣而又而又統(tǒng)一，才是科學(xué)美。統(tǒng)一，才是科學(xué)美。 物理學(xué)的新奇，來源于

28、物理思想的奇特和科學(xué)方法的新穎。物理學(xué)的新奇，來源于物理思想的奇特和科學(xué)方法的新穎。 狄拉克：在發(fā)展量子理論的過程中，預(yù)言了狄拉克：在發(fā)展量子理論的過程中，預(yù)言了“正電子正電子”的的存在，為半導(dǎo)體技術(shù)，進(jìn)而為電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技存在，為半導(dǎo)體技術(shù)，進(jìn)而為電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。就具有新奇美。術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。就具有新奇美。 愛因斯坦：透過洛倫茲變換的數(shù)學(xué)形式，得出了物理空間愛因斯坦：透過洛倫茲變換的數(shù)學(xué)形式，得出了物理空間和時(shí)間的關(guān)系，并創(chuàng)立了相對(duì)論，這也是新奇美。和時(shí)間的關(guān)系，并創(chuàng)立了相對(duì)論，這也是新奇美。五五、常數(shù)美、常數(shù)美 常數(shù)，是經(jīng)常用的、反映物質(zhì)客觀

29、屬性的不變量。常數(shù)，是經(jīng)常用的、反映物質(zhì)客觀屬性的不變量。 自然科學(xué)中的某些常數(shù)，有著特殊的魅力和深邃的內(nèi)涵，自然科學(xué)中的某些常數(shù)，有著特殊的魅力和深邃的內(nèi)涵，因而也蘊(yùn)含著美感。因而也蘊(yùn)含著美感。 常見的有：常見的有： 黃金分割系數(shù)：黃金分割系數(shù)：0.6180.618 圓周率圓周率（圓的周長與直徑的比值）：（圓的周長與直徑的比值）：3.143.14 自然對(duì)數(shù)的底自然對(duì)數(shù)的底e : 2.7182.718 電學(xué)中：電學(xué)中： 電子的電量電子的電量 e=1.6e=1.61010-19-19C.C. （萬有引力常量（萬有引力常量G6.67x10-11 (NG6.67x10-11 (Nm2 /kg2) m

30、2 /kg2) 靜電力常量（庫侖定理）靜電力常量（庫侖定理） k k9.09.0109N.m2/C2 109N.m2/C2 光學(xué)中：光學(xué)中： 光速光速C = 3= 310108 8m/s m/s 原子物理中：原子物理中： 普朗克常數(shù)普朗克常數(shù) h=h=（6.5476.5471010-34-34J.SJ.S） 歌德，德國大詩人，這樣來思維科學(xué)中的美：歌德，德國大詩人，這樣來思維科學(xué)中的美： 存在是永恒的；因?yàn)椋刑嗟姆▌t保存了生命的寶藏存在是永恒的；因?yàn)?，有太多的法則保存了生命的寶藏； 而宇宙，正是從這些寶藏中吸取了美。而宇宙，正是從這些寶藏中吸取了美。 自然科學(xué)的發(fā)展史，是科學(xué)家追求簡單、對(duì)稱、和諧（統(tǒng)自然科學(xué)的發(fā)展史，是科學(xué)家追求簡單、對(duì)稱、和諧（統(tǒng) 一）、新奇的歷史一）、新奇的歷史 ； 構(gòu)成了自然科學(xué)的美學(xué)準(zhǔn)則。構(gòu)成了自然科學(xué)的美學(xué)準(zhǔn)則。 對(duì)稱則統(tǒng)一，統(tǒng)一則簡單，簡單則和諧。對(duì)稱則統(tǒng)一，統(tǒng)一則簡單，簡單則和諧。 自然科學(xué)的真與美自然科學(xué)的真與美, 從來就是統(tǒng)一的。自然科學(xué)發(fā)從來就是統(tǒng)一的。自然科學(xué)發(fā)展史告訴我們展史告訴我們: 很多科學(xué)舞臺(tái)上的巨匠，都不同程度很多科學(xué)舞臺(tái)上的巨匠，都不同程度地接受了源于古希臘的美