在高中物理教学中渗透诗一样的物理之美

　　摘 要：物理与诗就像一对孪生兄弟，一个理性，一个感性， 都以简洁、对称、统一的风格呈现自然之美。本文通过对现代诗歌与物理学规律的美的比较，去体会诗人和物理学家对美的洞察与呈现。期望在高中物理教学中，将这份美的感受传递给物理课堂，传递给广大学生。

　　关键词：物理;诗;简洁美;对称美;统一美

　　一、前言

　　“判天地之美，析万物之理”，人教版高中物理教材把中国古代庄子的这句话作为必修一绪论的开篇引言，的确，这句话作为对物理学的诠释再好不过了。庄子又说“天地有大美而不言，万物有成理而不辩”，自然界的美与规律就隐秘于天地之中，需要人们去感知，需要物理学去呈现。从具体地说，物理学是揭示和阐述客观物质世界的基本属性、基本构成、相互作用和运动规律的自然科学;从广义地讲，物理学是探索、研究大自然现象及其规律的学说[1]。尽管大自然纷繁复杂，乱象重生，但所谓“道法自然”，物理学家通过超凡的智慧和不懈的努力发现无比美妙的规律。

　　同样，诗人通过敏锐的感观对自然事物的深刻洞察，写出常人道不出的美妙诗篇。

　　美国麻省理工大学的教授凯栢说：“科学家的灵窍，诗人的心扉，画家的慧眼，所感受到的都是同样的和谐，同样的优美，同样的富有韵律和节奏。大自然的视野如诗如画!” [2]无论是科学家，还是诗人、画家，都试图通过自己的双手去描绘这如诗如画的大自然。

　　所以物理的美正如诗之美，它们就像一对孪生兄弟，一个理性，一个感性， 都以简洁、对称、统一的风格呈现自然之美。

　　诗人中，有不少对物理或物理学家的关注，比如台湾诗人周梦蝶在《摆渡船上》有：

　　暝色撩人

　　爱因斯坦底笑很玄

　　很苍凉

　　又如英国诗人亚历山大·蒲柏所写的:

　　自然和自然法则在黑夜中隐藏;

　　上帝说：“让牛顿去吧!”

　　于是一切都被照亮。

　　同样，物理学家中不乏也有写诗的高手，比如英国著名物理学家麦克斯韦在给妻子凯瑟琳的诗中：

　　我这就将我的整个生命

　　导入这生机盎然的春潮

　　将真正使三个自我

　　穿越这世界的广袤

　　本文将以一位高中物理教师的角度，凭着一份对中国古诗词和现代诗歌一直以来的热忱，以拙劣之见讲述物理之美与诗之美具有异曲同工之妙。

　　二、诗与物理的简洁之美

　　诗是最简洁的文体，字字珠玑，千锤百炼，容不得半点冗长拖沓。诗人往往只需要寥寥数语，就能道破天机，留给人们丰富的遐想。或只需要短短几句，道人之所未道，深入人心，赢得共鸣。台湾诗人夏宇有一首诗叫《甜蜜的复仇》是这样的：

　　把你的影子

　　加点盐 腌起来

　　风干

　　老的时候

　　下酒

　　短短五行，不过十九字，可谓简洁之至，却说尽爱恨。乍一看，是一个人要用尽一生“狠心”做一件“残忍”的事，只为“复仇”。细细一想，却发现“加盐”、“腌起来”、“风干”、“下酒”的对象却是“你的影子”。影子是什么?是被阻挡的光线，是挥之不去的跟随，是主体投射的伤害不了的虚空。然后读者恍然大悟，这是多么刻苦铭心的爱!试想，若有人，也想把你的影子加点盐腌起来然后风干，等经历沧桑，拿去下酒，那你该有多么幸福，又有多么甜蜜呀!

　　又如顾城有一首诗叫《摄》：

　　阳光

　　在天上一闪，

　　又被乌云埋掩。

　　暴雨冲洗着，

　　我灵魂的底片

　　摄影角度讲，从“摄”到“底片的冲洗”是一系列的物理、化学过程。而这里，“摄”的或许是一个年代，冲洗的或许是人性。简简单单的二十四个字，清晰的展现大自然的瞬息变化，气象万千。而最后一句突如其来的升华，便具有了哲学的紧张，让人久久不能平静。

　　诗就是这样，简洁到了极点，美到了极点。物理学的规律又何尝不是如此，正所谓“大道至简”。物理学要探索这个自然界的本质，而种种迹象表明，越是自然界普遍的规律、越是接近自然本质的真理，就越以简洁的形式呈现。比如“能量守恒定律”用数学表达：E1=E2、质能方程表达式：E=mc2等等，都是何等的简洁。再看牛顿对力学的研究：

　　牛顿通过自己开创性的研究，总结了上面所呈现的牛顿三大运动定律和万有引力定律，架构起了经典物理学的基础，解释了纷乱世界中物体运动的普遍规律。小到一片树叶的飘落，大到汽车轮船的行使，再到月亮、太阳、以及所有星体的运行都可以囊括其中。同时，让人们无不被其公式的极度简洁折服。

　　反过来讲，一个物理规律是否以一个简洁的方式呈现，成了物理学家对它正确与否的一种检验。正因为物理学家们对简洁美的追求和信念，哥白尼才更加坚定用简洁的“日心说”取代复杂的“地心说”;爱因斯坦才敏锐的借鉴普朗克刚刚创立的能量子观念，提出光子说，取代传统的电磁理论成功的解释了光电效应等等。

　　正如牛顿所说：“自然界喜欢简单，不爱用多余的原因夸耀自己。”纵观整个物理学，不管是物理思想的提炼、物理概念的建立、还是最终物理规律的呈现，都是简洁而又意义深远的，也让人深刻感受到表面看似纷繁复杂的世界，其实是充满秩序和美感的。

　　三、诗与物理的对称之美

　　对称性是自然界的物质和过程之间的一种关系，这种关系包括它们在现象上的相同，形态上的对应，性质上的一致，结构上的重复，规律上的不变[3]。对称性也构成美的一种形式，在诗和物理规律中都有明显的表现。

　　在中国古诗中很讲究对仗，这就具有一种对称美，同样，在现代诗中，尽管对格式并没有太多的拘束，但有时候格式或内容表现出来的对称之美也让人叫绝。下面是戴望舒的一首《烦忧》：

　　说是寂寞的秋的清愁，

　　说是辽远的海的相思。

　　假如有人问我的烦忧，

　　我不敢说出你的名字。

　　我不敢说出你的名字。

　　假如有人问我的烦忧，

　　说是辽远的海的相思。

　　说是寂寞的秋的清愁。

　　这首诗的内容自不必多说，即浅显易见却又含蓄深远，将作者、乃至当时整个社会的人们内心的矛盾与烦忧表现的淋漓尽致。而这首诗更突出的特点是它在形式上的对称之美。整体看，全诗分两段，共八句，但实质上只有四句，后一段四句只是将前一段的四句排列顺序倒过来，形成鲜明的对称关系，使整首诗在一种颠倒重复中，即强化了诗的主旨，同时又具有了往复回环的节奏感。

　　在物理学中，对称之美更是无处不在。首先是事物现象或运动过程的对称性，比如所有粒子都有相应的反粒子，它们除了电性、磁矩等相反外，其余性质如质量、电量等都一样。又比如无阻尼的单摆在运动过程中具有完全的对称性，不用通过计算就能知道，在平衡位置两侧运动的时间相同、上升的高度相同等等。再比如平面镜成像中，物与像关于镜面具有完全的对称。

　　其次，物理规律适用的普遍性具有美妙的对称，这也体现了自然科学的规律不同于一些社会科学的规律，自然科学规律具有更广泛的适用性。就拿牛顿定律来说，它具有空间平移对性，也就是说，不管在中国还是在美国，不管在地球还是在月球，物体的运动都遵从牛顿定律;它又具有时间平移对称性，在不同的时间，不管在过去、现在还是将来，物体的运动都遵从牛顿定律;它也具有旋转对称性，也就是从不同的方向看，物体的运动都遵从牛顿定律。像牛顿定律一样，其他已知的物理定律也都具有类似的情况。

　　另外，很多物理规律的本身以及它的最终呈现也具有强烈的对称之美。比如麦克斯韦方程组：

　　毫无疑问，这个方程组是物理史上、乃至人类历史上最伟大的成就之一，不但可以解决几乎所有电与磁的问题，也是科学美的典范，简洁而对称，难怪玻尔兹曼曾情不自禁地感慨道：“难道是上帝写的诗篇吗?”

　　对称思想也是物理学中重要的思维方式，比如在奥斯特发现了电生磁现象后，人们根据对称性思想，坚信磁也能生电，正是凭着这种信念，法拉第经过长达十余年的探索与研究，终于发现了电磁感应现象[4]。同样，在近代物理学中，德布罗意根据光具有波动性又具有粒子性，提出了实物粒子不仅具有粒子性也具有波动性，这是多么美丽的对称思维呀!

　　四、诗与物理的统一之美

　　从哲学角度看，世界上的万事万物都是互相联系的统一体，就拿人与自然来说，人由自然而来，作为自然的一部分，同时人类通过自己的智慧又可以一定程度的去改造自然。它们互相依存、互相渗透，和谐共处。正如诗人李南《在广阔的世界上》所写的：

　　在广阔的世界上，我想

　　万物是一致的。

　　禽兽、树林、沉寂的旷野

　　要呼吸，要变化

　　在悄悄之中发生……

　　星宿有它的缄默，

　　岩石有自己的悲伤

　　要倾诉，要流泪

　　还要披上时空的风霜。

　　物理学作为研究自然的科学，和谐统一之美随处可见，电荷有正电荷、负电荷，它们可以相互吸引、相互转化、相互中和。磁极有N极、S极，它们总是共存、密不可分。

　　物理规律的和谐统一正反映了自然现象的和谐统一。比如自然界复杂繁多的各种各样的力都可以归结到四种基本相互作用。作为引力相互作用的万有引力定律的公式为：F=GMm/r2，而作为电磁相互作用中的库仑定律的公式为：F=KQq/r2，两者有惊人的相似性。爱因斯坦认为这种相似性不是偶然的，宇宙本身就是和谐的。他坚信自然界物质运动的规律是和谐统一的，并极力追求反映这种物质运动规律的理论体系。迄今为止，人们还致力于将四种基本相互作用做进一步的统一。

　　在麦克斯韦的电磁理论中，认为“变化的电场能产生磁场，变化的磁场能产生电场”，让我们感受到了电与磁的完美统一，电磁波便是这种统一的具体表现。根据电磁理论，麦克斯韦还预言光是一种电磁波，1888年这一预言又被赫兹用实验证实，光与电磁波又得到了统一。

　　19世纪末到20世纪初，物理学家对光的波动性与粒子性的讨论，几经对立、几经波折，最后还是以统一完美收场，原来光具有“波粒二象性”。不仅如此，人们很快又发现实物粒子也具有“波粒二象性”，和谐与统一真是让人觉得美不胜收[5]。

　　如果要说物理学中统一美的zui高典范，当属各种守恒定律，如电荷守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律等等，这些守恒定律正反映自然界的物质在转化、转移过程的统一与和谐。

　　五、结束语

　　物理与诗看似截然不同，但在对美的呈现上却殊途同归;物理学家和诗人虽然具有不同的秉性，但对美的追求上又感同身受。简洁之美、对称之美、统一之美作为物理的美的代表，也是诗之美的代表，这本身就是一种和谐与统一。

　　参考文献

　　[1]人民教育出版社，课程教材研究所，物理课程教材开发中心.普通高中课程标准实验教科书•物理1•必修[M].北京：人民教育出版社，2010:1.

　　[2]叶长珍.解悟人生[M].成都：电子科技大学出版社，2012：2

　　[3]徐在新,钱振华.对称性,对称性破缺,对称性自发破缺——从2008年度诺贝尔物理学奖谈起[J].物理教学,2009,31(01):8-12.

　　[4]郭奕玲，沈慧君.物理学史[M].北京：清华大学出版社，1997:112-139.

　　[5]吴国盛.科学的历程[M].北京:北京大学出版社，2011:441-442.

　　原创 顾声和 转自公众号：顾声和的人文物理

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