1、第第9講講物理學與美學物理學與美學physics and aesthetics) 1何為美？何為美？(美是一種感覺美是一種感覺,但有其客觀存在的功效但有其客觀存在的功效)*使人使人高尚。高尚。*使人使人智慧智慧。*使人使人快樂快樂。2.何為理性美？何為理性美？ 1)直接直接:通過思索探求從疑惑中得到解脫通過思索探求從疑惑中得到解脫;通過通過歸納和積累使思想和精神得到升華歸納和積累使思想和精神得到升華.2)間接間接:通過聯想通過聯想,將規律或過程與有類同特將規律或過程與有類同特點的感性美的體驗相聯系點的感性美的體驗相聯系.3.物理美學的幾個要點物理美學的幾個要點：*大自然是美的，大自然的規律也是

2、美的。大自然是美的，大自然的規律也是美的。物理學研究的是物質世界中最普遍最基本的物理學研究的是物質世界中最普遍最基本的規律規律,所以她應該是最美的所以她應該是最美的.*物質世界在原始的層面上是按美學原理構物質世界在原始的層面上是按美學原理構筑的。筑的。*當實驗同樣支持幾個理論時，人們是通過當實驗同樣支持幾個理論時，人們是通過美學標準進行篩選的。美學標準進行篩選的。*真理的光芒就是美，沿著美的路徑就能找真理的光芒就是美，沿著美的路徑就能找到真理到真理。4美學三性美學三性1）簡潔性：簡潔性：描述同樣的經驗資料，具有最少量描述同樣的經驗資料，具有最少量的定義和模型的那個理論為好。的定義和模型的那個理

3、論為好。2）普遍性普遍性：應用經驗范圍廣，適應性強的那個：應用經驗范圍廣，適應性強的那個理論框架為好（亦稱理論框架為好（亦稱“空筐空筐”性）性）3）對稱性：對稱性：如果對一系統，作某種操作后，系如果對一系統，作某種操作后，系統狀態不變，則稱系統對該操作對稱。他是人類最原統狀態不變，則稱系統對該操作對稱。他是人類最原始的審美心態。始的審美心態。 簡潔性簡潔性:1)物理模型物理模型:質點質點,波波-尤如燦爛的群星尤如燦爛的群星2)光電效應光電效應:截止頻率截止頻率,出功出功,飽和電流飽和電流,截止電壓截止電壓,延遲時間延遲時間,-愛因斯坦公式愛因斯坦公式:mv2/2=h -A3)“惜秦王漢武惜秦王

4、漢武,略輸文采略輸文采;唐宗宋祖唐宗宋祖,稍遜風騷稍遜風騷;一一代天嬌成吉斯汗代天嬌成吉斯汗,只識彎弓射大雕只識彎弓射大雕.”4)傳統的京昆傳統的京昆(滬劇,修臉)5)國畫國畫:八大八大,吳偉吳偉,齊白石齊白石,林風眠林風眠.朱 耷(da)普遍性普遍性(空筐性空筐性)1)數學的抽象數學的抽象:1+1=22)音樂的音樂的“空筐空筐”:貝多芬的貝多芬的,華彥君的華彥君的3)普朗克黑體公式的誕生普朗克黑體公式的誕生4)開普勒苦苦追求天體運動的普遍規律開普勒苦苦追求天體運動的普遍規律5)愛因斯坦愛因斯坦-“統一場統一場”愛愛因斯坦對因斯坦對“普遍性普遍性”的追求的追求: 所有力學規律的等價所有力學規律

5、的等價(伽利略伽利略)慣性系慣性系所有物理規律的等價所有物理規律的等價(愛氏愛氏)非慣性系非慣性系(引力場引力場):所有物理規律的等價所有物理規律的等價廣義相對論廣義相對論電磁場電磁場-微觀微觀:強弱相互作用強弱相互作用-統一場論統一場論?狹義狹義相對論相對論對稱性對稱性圖例:1)電磁場理論:2)李楊的演說:3)愛氏的相對論:DeIEl dEqsdDCUWuQCsdEEDqFE0221BKmEBsdBIl dHLIWILsdBBHPMB0221諾特爾諾特爾(德國女數學家德國女數學家)定理證明了對稱操作與守恒定定理證明了對稱操作與守恒定律的聯系，對稱意味著操作使對象前后狀態等價，也律的聯系，對稱

6、意味著操作使對象前后狀態等價，也就意味著該操作中一定隱含有某個合作用就意味著該操作中一定隱含有某個合作用(量量)為零，為零，也就意味著某個物理量在該過程前后守恒也就意味著某個物理量在該過程前后守恒舉例，空間旋轉對稱舉例，空間旋轉對稱(各向同性各向同性)對應著角動量對應著角動量守恒守恒: :如圖：一對粒子如圖：一對粒子O與與A，固定，固定O，將，將A沿沿圓弧圓弧S移到移到A，互相勢能改變，互相勢能改變U-（FOA）. .S，而按旋轉知而按旋轉知UOAUOA，U0，則力的切向，則力的切向分量分量FOar=0，即，即O、A(A)的作用只能在質心的作用只能在質心連線上，因而合力矩為連線上，因而合力矩為

7、0，角動量守恒。，角動量守恒。osAA/F切切關于相對論，愛因斯坦是如何進行對稱性思維的呢？關于相對論，愛因斯坦是如何進行對稱性思維的呢？(1)面對著名的邁克爾遜莫雷實驗結果：既然可以面對著名的邁克爾遜莫雷實驗結果：既然可以討論究竟有沒有絕對空間討論究竟有沒有絕對空間(以太以太)，那么也就可以討論，那么也就可以討論究竟有沒有絕對時間；有沒有絕對的空間對時間的究竟有沒有絕對時間；有沒有絕對的空間對時間的變化率變化率絕對速度。絕對速度。(2)既然對于兩慣性系，所有力學規律都是等價的，既然對于兩慣性系，所有力學規律都是等價的，那么對于兩慣系是否所有物理規律也是等價的？那么對于兩慣系是否所有物理規律也

8、是等價的？(3)對于兩個慣性系，所有力學規律經伽利略變換是對于兩個慣性系，所有力學規律經伽利略變換是對稱的，那末同樣對于兩慣性系，所有物理規律要對稱的，那末同樣對于兩慣性系，所有物理規律要經過什么樣的變換才也是對稱的呢？經過什么樣的變換才也是對稱的呢？(4)一慣性系的物理規律可以等價于另一慣性系，一慣性系的物理規律可以等價于另一慣性系，那么一個加速系的物理規律又可以等價于一個什么那么一個加速系的物理規律又可以等價于一個什么體系呢？體系呢？(5)兩慣性系的物理規律的對稱性可通過洛侖茲變兩慣性系的物理規律的對稱性可通過洛侖茲變換，那么一個加速系與一個引力場系的物理規律的換，那么一個加速系與一個引力

9、場系的物理規律的等價又應該通過什么變換呢？等價又應該通過什么變換呢？(6)即然廣義協變性的操作能使加速系與引力場對即然廣義協變性的操作能使加速系與引力場對稱，那么當然我們如果要了解重力對電磁學的影響，稱，那么當然我們如果要了解重力對電磁學的影響，或是黑洞附近的物理學，只要做個假想實驗，回答或是黑洞附近的物理學，只要做個假想實驗，回答已知的物理學在作勻加速運動的觀察者看來會是什已知的物理學在作勻加速運動的觀察者看來會是什么樣的就可以了，而不必去黑洞旅行。么樣的就可以了，而不必去黑洞旅行。“if such asymmety is indeed found, the question could s

10、till be raised whe ther there could not exist corresponding elementary particles exhibiting opposite symmetry ,such that in the broader sense there will still be overall right left symmetry.”“如果發現了這種不對稱如果發現了這種不對稱,那么我們又要問那么我們又要問,是否相應地還存在著另一種表象相反不對是否相應地還存在著另一種表象相反不對稱的基本粒子行為稱的基本粒子行為,從而在更廣泛的意義上從而在更廣泛的意義

11、上,仍然保持著總的左右對稱仍然保持著總的左右對稱.”_李李,楊楊永永對稱對稱,平衡平衡,和諧和諧,流暢流暢.氣韻生動氣韻生動中國書法中國書法柳公權柳公權(唐唐)趙孟頶趙孟頶(元元)宋徽宗宋徽宗王羲之王羲之(晉)黃庭堅黃庭堅(宋宋)文征明文征明(明明)蘇東坡蘇東坡(宋宋)王羲之王羲之(晉)蔡襄蔡襄(東漢東漢)米芾米芾(北宋北宋湖北襄陽湖北襄陽)三種美感三種美感:1.穩定感穩定感(家園感家園感):對封閉對封閉,獨立獨立,可控體系的向可控體系的向往往,對絕對客體對絕對客體(權威權威)的崇拜的崇拜,皈依和敬畏皈依和敬畏.2)延伸感延伸感:無窮無窮,無邊無邊,無數無數,無限無限,無窮無窮,無數無數,無限

12、無限-,人類思維活動本能的慣性人類思維活動本能的慣性,引人進入高遠引人進入高遠明志的夢境明志的夢境.3)節奏感節奏感:需要韻律的享受需要韻律的享受-這也許起于生命這也許起于生命的律動的律動:心跳和呼吸心跳和呼吸.宇宙的脈搏宇宙的脈搏,天地的吐納有天地的吐納有其固有的節奏和頻率其固有的節奏和頻率穩定感穩定感:(家園感家園感)1,長期農業文明在人類審美心理上留存的厚厚的積淀長期農業文明在人類審美心理上留存的厚厚的積淀.2,中國的長城中國的長城,萊茵河畔的古堡萊茵河畔的古堡,北京的四合院北京的四合院,-3,“這位先生給人以安全感這位先生給人以安全感-”4,從笛卡兒的守恒觀從笛卡兒的守恒觀-牛頓的守恒

13、定律牛頓的守恒定律-宇宙的有宇宙的有限限-電荷電荷,質能的恒定質能的恒定-.使人深感使人深感物質世界的實物質世界的實在在,可知和穩定可知和穩定.世紀寶鼎世紀寶鼎:古樸古樸,渾厚渾厚,可靠可靠.新建教堂新建教堂(法法)5,人類太需要有個絕對的永恒的人類太需要有個絕對的永恒的“巖石巖石”“”“權威權威”供靈魂攀附和皈依供靈魂攀附和皈依.:那怕是虛的那怕是虛的:“上帝上帝”,佛祖佛祖“,真主真主”,“太極太極”-物理學家喜歡實的物理學家喜歡實的:普朗克常數普朗克常數,光速光速,引力常數引力常數,電子電荷電子電荷,-.6,當愛因斯坦用絕對光速取代牛頓的絕對時空時當愛因斯坦用絕對光速取代牛頓的絕對時空時

14、,人們最終還是接受了人們最終還是接受了,因為人們覺得這只不過是以因為人們覺得這只不過是以一個絕對的一個絕對的“最快最快”替代了原來心目中的絕對替代了原來心目中的絕對“最大最大”.而而“皈依皈依“尚存尚存,”絕對絕對”依舊依舊.延伸感延伸感:“落霞與孤鶩齊飛落霞與孤鶩齊飛,秋水共長天一色秋水共長天一色”-王勃王勃伽利略的斜面思想實驗伽利略的斜面思想實驗:牛頓的萬有引力牛頓的萬有引力:任一熱循環分解成無數個卡諾循環任一熱循環分解成無數個卡諾循環:熵熵無數子波合成無數子波合成-惠更斯原理惠更斯原理“欲窮千里目欲窮千里目,更上一層樓更上一層樓”節奏節奏(層次層次)感感:“死亡意味著什么死亡意味著什么?

15、”愛因斯坦脫口而出愛因斯坦脫口而出:“意味著意味著再也聽不莫扎特的音樂了再也聽不莫扎特的音樂了”.把握大自然的脈搏把握大自然的脈搏-h,振動與波是物振動與波是物質世界的基本存在方式質世界的基本存在方式.玻爾的氫原子鐠線圖玻爾的氫原子鐠線圖(層次層次),的人物關的人物關系樹圖系樹圖電子在一維勢井里運動電子在一維勢井里運動,在幾率大處有節奏地停在幾率大處有節奏地停頓頓.尤如跳三步舞尤如跳三步舞.多視角仕女圖多視角仕女圖(唐寅唐寅,大千大千,逸飛逸飛,馬蒂斯馬蒂斯)唐寅唐寅(明明)馬蒂斯馬蒂斯紅樓夢主要人物樹圖紅樓夢主要人物樹圖:林林黛黛玉玉妙玉妙玉(出家出家)秦可卿秦可卿(性關系性關系)晴雯晴雯(

16、丫環丫環沒靠山沒靠山)紫鵑紫鵑(丫環丫環有靠山有靠山)香菱香菱(被拐買被拐買,同鄉同鄉)小紅小紅(戲子戲子,相象相象)薛薛寶寶釵釵襲人襲人(丫環丫環,性關系性關系)平兒平兒(二房二房)惜春惜春(小管家小管家)王熙鳳王熙鳳(大管家大管家)寶琴寶琴(保留的純真保留的純真)麝月李薩如圖形李薩如圖形 巴赫巴赫, ,莫扎特莫扎特, ,貝多芬貝多芬, ,舒曼舒曼, ,斯特勞斯斯特勞斯, ,肖邦肖邦, ,柴柴可夫斯基可夫斯基, ,李斯特等人的經典名曲尤如一服服精李斯特等人的經典名曲尤如一服服精神撫慰劑神撫慰劑: :放松你的神經放松你的神經, ,撫摸你的靈魂撫摸你的靈魂. .每當你靜下心來每當你靜下心來, ,聆聽這些不朽的樂曲時聆聽這些不朽的樂曲時, ,先是被先是被大師們的激情和精湛所振撼大師們的激情和精湛所振撼. .而后樂