物理学的简约美

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1、物理学的简约美摘要：当我们在X上输入"谁是世界上最伟大的科学家"时，牛顿、爱因斯坦的名字赫然在列，而在谈到当今最伟大的科学家时，霍金也似乎是当仁不让。看来，谈到"科学"两字时，大家对物理学和物理学家是情有独钟。物理，这门古老而神秘的学科，到底靠着什么吸引着大家呢？本文以牛顿发现万有引力定律和牛顿运动三定律的故事为主线，从物理学的一个美学特性--简约美来阐述物理学之美，同时在文中感受物理学家的伟大人格。　　关键词：物理学；简约美；牛顿；　　　　车轮转动，人向前走，青蛙上跳，苹果落地……这一切看似杂乱无章，背后却又似隐藏着什么。很久以前，没有人想过这些，也没有人能够想通。这时

2、，正如亚历山大·蒲柏所说的:　　"自然和自然的法则在黑夜中隐藏；　　上帝说，'让牛顿诞生！'于是一切都被照亮。"　　1643年1月4日，即将带给人类光明的牛顿生于英格兰林肯郡格兰瑟姆附近的沃尔索普村。早年牛顿的家境不甚理想，父死母嫁使得牛顿从小沉默寡言、性格倔强。少年时期的牛顿并没有展现出惊人的天赋，甚至略显呆板。但牛顿还是体现出了一些动手能力，他制作小风车的故事已是家喻户晓。而这种善于独立思考来解决问题的精神也为他将来获得不朽的成就打下了良好的基础。　　1661年，19岁的牛顿以减费生的身份进入剑桥大学三一学院，这也成为了他人生的一个转折点。在剑桥中，初出茅庐的牛顿如饥

3、似渴的汲取着各方面的知识，尤其是数学和自然科学知识。而在巴罗门下的那段时间更是使牛顿获益终生。后来，牛顿在回忆时说道："巴罗博士当时讲授关于运动学的课程，也许正是这些课程促使我去研究这方面的问题。"1965年牛顿获得了剑桥大学的学士学位。随后两年，由于伦敦的瘟疫，剑桥大学停课，牛顿也就退归林下。而他在家的这两年，成为了他人生中最辉煌的两年。期间他想了前人没想过的问题，做出了前人做不出的成绩。他的三大成就：微积分、万有引力、光学分析的思想都是在这个时期形成的。而苹果落地的故事更是成为了千古佳话。　　相传牛顿在家躲避瘟疫的两年里的一天，牛顿正坐在一棵苹果树下看书及思考问题时，

4、一个苹果落了下来，这一常人看来最寻常不过的现象却激起了青年牛顿的无限遐想。苹果为何掉落到地面，却不飞向天空呢?如果是这是因为苹果有重量，那么这个重量又是从何而来呢？会不会是地球将苹果吸引下来的呢？是不是我们和我们身边的所有物体都受着这样一种"吸引"呢？那么月球呢，那些高不可攀的星星是否也受这种吸引呢？月球绕着地球的运动是不是正是这种吸引所支配着的呢？行星绕着太阳的运动又如何呢？地球也是一个物体，那是不是任意两个物体之间都有这种吸引呢？越想越深，思维像长了翅膀的鸟儿一样，在前人没有到达过的天空自由翱翔。万物皆有引力的想法随之产生。　　于是在随后的岁月里，牛顿潜心研究，解决了

5、胡克等人没有能够解决的数学论证问题。证明了两个物体之间有引力，引力和两个物体质量的乘积成正比，与二者距离的平方成反比，从而得到了著名的"万有引力定律"。严格描述如下：　　任意两个质点通过连心线方向上的力相互吸引。该引力的大小与它们的质量乘积成正比，与它们距离的平方成反比，与两物体的化学本质或物理状态以及中介物质无关。　　同时，牛顿也得到了"牛顿运动定律"：　　一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。（牛顿第一定律）。　　物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。表达式：F合=ma。（牛顿第

6、二定律）。　　两个物体之间的作用力和反作用力，在同一条直线上，大小相等，方向相反。表达式：F=-F'（F表示作用力，F'表示反作用力，负号表示反作用力F'与作用力F的方向相反）。（牛顿第三定律）。　　以上万有引力定律和运动定律出现在1687年的《自然哲学的数学原理》上，牛顿仅仅用了一条万有引力定律和三条牛顿运动定律就构建起了经典物理学的基础，解释了纷乱的世界中的运动的普遍规律。小到一片树叶的飘落，大到太阳、月亮的运动都可以囊括其中。就像牛顿说的那样："自然界喜欢简单，不爱用多余的原因夸耀自己。"物理学本身亦是如此。在万紫千红的大千世界中，各种变化和现象都可以被物理学家们归

7、结于简单整齐的物理学概念和规律之中，使世界充满了一种秩序，同时为人们带来了美感。同时，物理学的研究和思维方法也可以体现出一定的简约性。物理学的一种基本的研究方法就是从纷繁的现象和实验结果中归纳总结出具有概括性和普遍性的概念和规律。在具体过程中要舍弃次要矛盾，抓住主要矛盾，力争使结论能够用最简洁的语言和符号概括最多的内容。　　正是因为简约性在物理学中如此重要，所以物理学家们也将简约性作为进行研究时的一个准则。爱因斯坦就曾说过："要通过最少个数的原始概念和原始关系的使用来达到科学的目的。"1905年，也就是伟大的"爱因斯坦奇迹年"