在物理学中，尤其是物理学的经典理论中有很多地方都体现了“美”的概念，本文从简单美、对称美、和谐统一美三个方面论述了物理学中存在的“美”，并探究了这些“美”对物理学发展的作用。

原子弹之父奥本海默认为：自然科学，是研究自然规律与秩序的科学，探究物质的和谐存在与运动的根源。而作为自然科学中的重要组成部分的物理学，在它的发展过程中也有许多“美”的存在。

著名物理学家杨振宁教授在《对科学的美和妙要有鉴赏力》和《美和理论物理学》等文章中都提到“科学中存在美”，并详细谈到“牛顿的运动方程、麦克斯韦方程、爱因斯坦的狭义相对论方程、狄拉克方程、海森堡方程......提炼了几个世纪的实验工作、唯象理论的精髓，达到了科学研究的最高境界。它们以极度浓缩的数学语言写出了物理世界的基本结构，可以说它们是造物者的诗篇”^[1][2]。在一定程度上，正是对于“美”的追求，推动着物理学家们不断探索和研究。物理学中的“美”可以从以下几个方面展现：

一、简单美

量子力学的创始人之一、著名物理学家海森堡除研究量子力学外，还探究了科学发展与科学美感的关系，他认为：自然科学家，如哥白尼、伽利略、开普勒、牛顿等，都追求自然规律的简单性，并以数学定律的形式表现出来。而简单，也是数学的最高境界。

其实，看似复杂的物质世界中其实蕴含着及其简单的原理。例如：光总是沿着最简单的直线传播；五彩斑斓的光正是由七种单色光叠加而成；一切物质都是由最简单的粒子——分子和原子构成；复杂多样的晶体结构总是可以归结为七大晶系中的某一个。

在经典力学中，牛顿三定律用了三个简单的公式便归纳出宏观低速条件下物体的机械运动的规律；在电磁学中，麦克斯韦方程组以最简单的形式完美概括了电与磁的作用关系；原子物理学研究了任何物质在微观层面都表现为质子、中子和电子的组合。

此外，开普勒三定律概括了太阳系中所有行星的运动规律，爱因斯坦的质能方程揭示了相对论的奥义。等等这些，无一不体现了复杂物理世界的简洁之美。

二、对称美

相对量子论的建立者，著名物理学家、数学家狄拉克坚信：在一个物理系统中的所有可能得表象之间，必定存在着一种优美的对称性。

事实也正是如此，自然界中存在着正电荷，相应的也一定存在负电荷，而且两者的数量必然相等，所以宏观上自然界表现为电中性。如果一定数量的正电荷转化成了负电荷，那一定会有相同数量的负电荷转化为正电荷，这种电荷守恒便是一种对称美的体现。

还比如牛顿第三定律探究的作用力和反作用力，大小相等、方向相反、作用在同一条直线上的一组力体现了完美的对称性。

再如麦克斯韦方程在没有任何实验支持的情况下大胆在安培定律的基础上添加了位移电流的矢量项，建立了完全对称的麦克斯韦方程组，法拉第对磁生电的大胆假设便是基于电与磁之间存在对称美的设想。

当然，这种对称性的存在并不是绝对的，像是弱相互作用下的宇宙不守恒便是一种典型的不对称，但恰恰是这种对称性的残缺才显示出对称中有不对称、不对称中有对称的更高层次的对称美。

三、和谐统一美

物理学的研究对象，从地球到宇宙，从物体到粒子，从时间到空间，无不体现了和谐统一。经典物理中的力学、热学、电磁学、原子物理学，无不相互渗透、相互交叉，共同组成了一个和谐统一的自然世界。

牛顿力学，将运动定律从地球扩展到了天体运动，万有引力定律揭示了从微观到宏观、从地球到宇宙，任意两个物体之间的相互作用。麦克斯韦方程组是电、磁、光三个看似没有关联的概念的集大成者，展现了完整的电磁场理论。而爱因斯坦的相对论，又把牛顿力学与麦克斯韦方程组统一了起来，实现了进一步的大统一。^[3]

就像法国哲学家韦伊一所说，“科学的真正主题是世界之美”，自然科学中的规律和美从来就是统一的，一代又一代的物理学家们发现了这些美又把他们通过简洁的形式展现了出来，给枯燥的理论赋予了优美的形式，让普通大众都能体会到物理学的奇妙。是他们对科学中美的展现，引导着后人追寻着他们的脚步，不断追求和创造着科学之美。而科学家们在探索真理的过程中所体现出来的严谨认真、执着坚韧的精神也是物理学中美的重要体现。

参考文献：

[1]杨振宁，张美曼.美和理论物理学[J].自然辩证法通讯，1988（01）:3-9.

[2]王麟.探索物理世界的结构与理论之美[J].今日科苑，2017（2）：76-79.

[3]陈雪星，温坚，曾耀荣，et al.物理理论与美的统一[J].玉林师范学院学报，2003，24（3）.

作者：王志皓  中国科学技术大学 学生