物理學中的哲學美

王淵

摘要：物理學是研究自然界最基本的物質運動規律的科學，幾百年來，經過歷代物理學家的探索與實踐，已經建成了一個包括經典和近代物理學在內的，宏偉完整的理論體系，這些理論成果在表述和結構上是那樣的嚴謹和完美，它們所揭示的世界奧秘是那樣奇妙而令人信服。翻開物理學的歷史，那些閃爍物理學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]。

關鍵詞：簡單美；統一多樣美；對稱美；因果美；矛盾美

G633.7

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

一、簡單之美

“真理往往都是最簡單的”。好多物理現象，往往都是猜想到最簡單的結論上，然后通過邏輯推理論證，大量實驗得出來的。愛因斯坦以為：“有可能把自然規律歸結為一些簡單的原理；評價一個理論是不是美，標準正是原理上的簡單性，不是技術上的困難性. [2]”事實上，愛因斯坦的質能方程E=mc2，普朗克的能量與頻率的關系式E=hν，牛頓第二定律F=ma，牛頓的萬有引力定律 和庫侖的電荷靜電相互作用定律 等，都是用極其簡單的形式表達了理解起來卻那么復雜的自然界的規律，難怪人們都贊嘆這些定律的優美。所以說物理學的美在于它發現自然界存在的簡單性。

二、統一和多樣美

世界物質的統一性既是唯物主義的哲學命題，也是物理學的方法論原理之一。無論牛頓是否認識到了這一點，萬有引力的發現都在客觀上給出了世界物質統一性的一個證明。萬有引力定律表明，行星圍繞太陽運動所受到的引力，與衛星圍繞行星運動所受到的引力，以及地球對地球上的物體的吸引力，都是同一種力。從力學的角度，論證了自然界的物質統一性。高一我們學習了萬有引力定律，知道“自然界中任意兩個物體間有吸引力，引力的大小跟質量的成績成正比，跟距離的二次方成反比，作用力的方向在它們連線上[3]。”到了高二我們又學習了庫侖定律，知道“真空中靜止的點電荷間有相互作用，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]。”萬有引力與物體的質量有關，靜電力與電荷的電荷量有關；萬有引力只存在引力，而靜電力有引力和斥力，這說明了自然規律的多樣性。另一方面，萬有引力定律和庫侖力定律都遵循距離的“平方反比”規律，表現形式也十分相似，相互作用都是相關“場”的作用。可見，自然界的事物盡管是多種多樣的，但卻具有統一的一面。從這些側面我們可以體會到自然界的和諧與多樣的美。

三、對稱美

自然界和現實社會中有很多對稱美的例子：鳥兒飛翔煽動美麗的翅膀，但是它如果只有一只翅膀，它的美將會大打折扣；中外的古代的建筑無不以對稱設計為美…………對稱美的概念已經自然地進人了人的審美意識。隨著近代物理學的發展，人們發現物理學中存在著大量的對稱現象。如作用力與反作用力；正電荷與負電荷；正物質與反物質等[5]；還有更加直觀的靜電場中等量異種點電荷和等量同種點電荷的電場線關于點線面對稱，再比如磁場中的條形磁體的磁感線，如圖所示，對稱美顯而易見，淋漓盡致。這些不具備深厚物理學修養的人也能欣賞的對稱。讓我們切實的感到物理學中有大量的對稱美。

四、因果美

因果關系作為客觀現象之間引起與被引起的關系，它是客觀存在的。物理學中的因果關系是指物質世界中各現象之間存在著客觀聯系。一個現象由另外一個或一些現象引起，因果關系客觀地存在于物質世界的運動和變化之中。這個哲學范疇在于說明，物質世界中各現象之間存在著客觀的聯系，任一現象自身都是由另外的一個或一些現象引起的，并且它又總會導致一個或一些新現象的出現。這里，引起一定現象的現象是原因，產生的現象是結果。比如說，牛頓運動定律告訴我們力是改變物體運動狀態的原因，即是產生加速度的原因，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產生感應電動勢。磁通量的改變是“因”，產生感應電動勢是“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立又互相統一的傾向。毛澤東同志曾經說過“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、人類社會還是思維，無論過去、現在或者將來，矛盾都是普遍存在的。也就是說“事事有矛盾，時時有矛盾，處處有矛盾。”牛頓運動定律告訴我們力改變物體運動狀態，而慣性抵抗外力使物體保持原有運動狀態，即力與慣性就是一對矛盾。更深層次的說，質量本身就是一個矛盾體，我們知道只要有質量存在，就有引力存在。因此，現在我們對質量也有了新的認識，它是引力的代名詞，我們也把具有這種性質的質量叫做引力質量。還有一個質量，它是與慣性有關的，它具有抵抗外力使物體保持原有運動狀態的性質，我們把具有這種性質的質量叫做慣性質量。同一個質量竟然表現出兩種截然相反的性質：質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動狀態發生變化，但同時具有引力而使別的物體和自身產生加速度而使運動狀態發生變化，質量的這種對立的性質統一于物體本身。再比如楞次定律告訴我們感應電流產生的磁場總是阻礙產生感應電流的磁通量的變化。也就是說感應磁場和原磁場的變化是一對矛盾，平時我們教學中總結的“增反減同，來拒去留，增縮減擴”，讓我們再次體會到矛盾的魅力。也許自然界本身就是一個對立統一的矛盾體。因而自然界教給我們的是應當辯證的、矛盾的看待分析客觀事物和現象。

綜上所述，自然界的規律，物理學的美能夠反映客觀世界本質的科學美，同時又蘊含了哲學美。它的簡單、統一、多樣、因果、矛盾是那么動人心弦，令人贊嘆。

參考文獻：

[1]孟智明《物理學之美》

[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《物理學之美和物理學創造》