物理之美与美的物理教学

　　现代物理学之美更为突出。由于物理学进入微观世界以后，不但需要高度抽象的逻辑思维，而且更需要发挥想象和利用比喻以借助形象思维来理解高度抽象的微观理论。因此，现代物理学的理论不但在内容上更接近真理，且形式美也比经典物理更突出。从物理思想史可以概括出物理学家追求科学美的若干线索为：

　　①数学形式上的统一

　　众所周知，静电场、静磁场、稳定电流场、静引力场、温度场在德拜-哈克的电解质理论、伦敦的超导理论

　　分别为德拜屏蔽势，伦敦核和汤川势：G=（l/r）e-r/λ。这促使人们运用统一的数学方法去处理各种问题。

　　迄今为止，物理学上发现的全部基本定律，包括牛顿方程，光学中的费马原理，电磁场的麦克斯韦方程组，量子力学中的薛定谔方程和狄拉克方程，相对论力学方程，引力场的爱因斯坦方程，甚至粒子物理中的一些场方程等，均可以由它表示。因此，人们认为最小作用量原理以高度统一的形式，表达着自然界的规律，有时称它为第一原理。

　　②物理观念上的推广与统一

　　由超导、超流的相似性，建立起类似的“二流体”理论；超流的玻色凝聚解释的基本成功，自然导致超导体中费密子配对的设想，而库柏对的观念正是超导微观理论的基石之一。现在元激发、序参数、对称破缺、相变、超导机制等等观念都在不断地拓广，远远超越了原初提出的领域，这一切都反映了观念上的推广与统一的特征。

　　③物理实质上的统一

　　数学形式、物理观念的统一，可能反映了物理世界本身的统一性。麦克斯韦电磁场理论建立后，电磁场作为最简单的规范场。杨振宁和密尔斯发展的非阿贝尔规范场理论。成为当代理论物理中非常有成效的一个分支，并促进了电磁作用与弱作用统一理论的建立。

　　物理学中的发散、非解性和各种反常——

　　现代物理知识物理学上的奇性，往往给人们带来许多困惑。

　　从长时间尺度来看物理学史，物理学奇性背后，往往蕴藏着新的物理学或物理理论方法。例如，黑体辐射中由经典物理导致的紫外发散：总辐射能为无穷大！它显示了经典物理在微观世界的局限性，促进了新的物理思想的诞生。在这个发散的背后，出现的是一代壮观的量子物理。

　　相变中的奇性，使吉布斯统计成功地接受了一次重大的挑战：“吉布斯统计能否描写相变？”比热对数发散的导出，促进了人们对严格解理论及临界现象的研究，进而导致标度律及相变中重整化群理论的建立，重整化群理论的美丽特征之一是证明临界点奇性自然地来自具有解析系数的微分方程组，而这个临界点正好是不稳定的鞍点。

　　人们在运动中认识世界，在变化中去发现不变的东西，从而发现物质运动的内在规律。

　　一切惯性关系是等价的，一切惯性系中的运动方程形式是相同的，这在一定程度上反映物理规律的客观性。它是相对论的基本精神之一。

　　人们从各个角度发现了各种守恒律，例如能量、动量、角动量、电荷、重子数……等等守恒律以及若干近似守恒律，实际上是时间、空间及物质某些内部属性的对称性的直接结果。这个重要结果高度概括在能氏定理之中，例如由时间均匀性，导出能量守恒。由空间各向同性推出角动量守恒，等等。

　　爱因斯坦的卓越想法之一，是将这个推导过程倒转过来。由物理上要求的相对论性。守恒律，去要求体系的拉格朗日量满足一系列对称性，从而为寻求末知的运动方程提供线索。这一方法，正是人们所常常仿效的，并被用来探索粒子物理、混聚态物理等领域中的未知的规律。

　　晶体结构的研究者，很早就注意到晶体的对称分析，并运用了群理论。粒子物理研究者为对粒子作合适的分类，广泛地运用对称性分析与群论。对称性分析这个方向，各个领域在不同程度上仍在继续着。

　　（一）物理美的特点

　　物理美的特点与各种艺术美的特点有所不同。艺术美突出地表现在它的形象性和情感性，美感的形成以形象思维为主。物理美是理性美，内容的真与形式美相结合。其美感以知识为基础，主要靠抽象思维。但了离不开形象思维。物理美的特点概括为：