物理之美年論文(編輯修改稿)
2025-07-07 01:35 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，下面我們就從簡約，對稱，和諧等幾個方面來探討一下啊量子力學(xué)美的地方，并延伸到物理學(xué)美的地方。 量子力學(xué)的簡約之美 簡約之美，自然科學(xué)的定義，就是從復(fù)雜的現(xiàn)象中看出簡單的規(guī)律，一步一步簡化，最后得到一組最為簡單的定律。[1] 那么量子力學(xué)是否做到了簡約之美呢？首先我們來看看黑體輻射中的普朗克公式： （1）很簡單的幾個字母就可以把黑體輻射中吸收和放射的輻射能是量子化的意思表達(dá)出來。完全符合愛因斯坦那句話：世界是簡單的，世界有一個簡單的規(guī)律，這個規(guī)律可以用簡單的公式表達(dá)出來。所以這個簡約的普朗克公式特別容易被人們接受，它不僅是一個簡單的公式，同時也是一個真理。把一個復(fù)雜的理論用一種簡單的公式表示出來，也有利于人們的理解。作為對比我們把曾經(jīng)很繁瑣的物理學(xué)唯象學(xué)定律給出，我們以馬呂斯定律為例，線偏振光透過檢偏器后的投射光光強(qiáng)： （2） 雖然這個公式也是對的，但是比起量子力學(xué)中的簡單的相乘，馬呂斯定律不僅需要余弦函數(shù)，而且還要進(jìn)行二次平方運(yùn)算。盡管他所進(jìn)行的運(yùn)算也不是特別繁瑣，但是我們知道余弦函數(shù)并不全都是整數(shù)，所以在一些精確度要求較高的實(shí)驗(yàn)中，馬呂斯定律就會對函數(shù)取值有很高的要求，相比之下具有簡約之美的物理學(xué)公式完勝。而量子力學(xué)不僅解釋了許多無法想象的現(xiàn)象，它也是簡約的，它總在追求舉重若輕，深入淺出的方式，讓世界變得更容易被理解。[2]這不僅是量子力學(xué)的進(jìn)步，也是整個物理學(xué)的進(jìn)步。 量子力學(xué)的對稱美 對稱往往能給人美感，而物理學(xué)在對自然的表述中都體現(xiàn)了這種對稱美：從牛頓時期的引力和斥力；工業(yè)革命時期的“磁生電”和“電生磁”，到如今的粒子和反粒子，物質(zhì)和反物質(zhì)等等，都給人一種勻稱和圓滿的美感。這些對稱美給人以勻稱、均衡、連貫、流暢的感受，因而體現(xiàn)著一種嫻靜、穩(wěn)重、莊嚴(yán)，但卻也顯得有些平淡、單調(diào)、缺乏生機(jī)和妙趣橫生，這是因?yàn)閷ΨQ性并沒有包攬美的全部[1] ，但是對稱美也有自己的優(yōu)勢。量子力學(xué)中，也不乏對稱之美，很多量都需要兩個公式來描述，而很多相關(guān)量互相的轉(zhuǎn)化就是一個對稱的過程，舉一個量子態(tài)的動力學(xué)公式： （3） （4） 量子態(tài)的動力學(xué)就可以用這兩個公式來描寫。這種對稱美，不僅互相印證了彼此的正確性，也體現(xiàn)了中國古代太極
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