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物理學(xué)中的人生哲理
物理學(xué)中的人生哲理1
隨著(zhù)物理學(xué)的不斷發(fā)展，人們對自然界規律的認識也逐漸深入，一些原本看似無(wú)關(guān)緊要的東西卻日益變得舉足輕重起來(lái)，物理學(xué)中的對稱(chēng)性便是其中之一。
物理學(xué)從過(guò)去單純地將對稱(chēng)性看作對物理現象的一種限制，轉向把它確立為物理定理的一塊基石。
加利福尼亞大學(xué)教授阿？熱在《可怕的對稱(chēng)》一書(shū)中指出“沒(méi)有對稱(chēng)性思想的引導，當代物理學(xué)家將無(wú)法工作”。
諾貝爾物理學(xué)獎得主李政道教授指出：“藝術(shù)和科學(xué)，都是對稱(chēng)和不對稱(chēng)的巧妙組合�！笨梢�(jiàn)，對稱(chēng)在物理學(xué)中扮演著(zhù)非常重要的角色。
本文試圖對物理學(xué)的一些科目中的對稱(chēng)性思想進(jìn)行一番分析，以引起大家對對稱(chēng)性的重視。
一、關(guān)于對稱(chēng)性
�。ㄒ唬⿲ΨQ(chēng)與對稱(chēng)破缺
日常生活中大家可以看到許多對稱(chēng)的例子，例如人體和許多特定的生物體形態(tài)，以及自然界中的礦物晶體，雪花的形狀等。
大家還可以注意到許多建筑和美術(shù)設計的圖案也都具有對稱(chēng)性。
之所以有如此多的對稱(chēng)的例子，那是因為人們認為對稱(chēng)是一種美。
但仔細看來(lái)，人們并不滿(mǎn)足于絕對意義上的對稱(chēng)，總是在整體的對稱(chēng)中設置局部的不對稱(chēng)，即對稱(chēng)性被破壞了，物理學(xué)上稱(chēng)這種情況為對稱(chēng)破缺。
�。ǘ⿲ΨQ(chēng)的分類(lèi)
根據上述的對稱(chēng)定義，不同的對稱(chēng)操作對應著(zhù)不同的對稱(chēng)性，如體系A經(jīng)空間平移后變?yōu)轶w系B，若A、B等價(jià)，則空間平移就是一種對稱(chēng)操作；若體系A經(jīng)時(shí)間平移后變?yōu)轶w系B，若A、B等價(jià)，則時(shí)間平移就是一種對稱(chēng)操作，等等。
常見(jiàn)的對稱(chēng)操作主要有：空間操作：轉動(dòng)、平移、空間反演等；時(shí)間操作：時(shí)間平移、時(shí)間反演等；其它：置換、電荷共軛變換等。
當然，操作的類(lèi)型遠不止于此，這里列舉的僅是一些比較簡(jiǎn)單的，其它的操作會(huì )在下面的論述中逐步指出。
�。ㄈ⿲ΨQ(chēng)性和守恒律
守恒量和守恒律是物理研究的一個(gè)重要內容，守恒律常被看作是最基本的自然定律，它以確定的可靠性和極大的普遍性預言著(zhù)哪些過(guò)程是允許的，哪些過(guò)程是禁戒的，它為物理學(xué)的研究指明了方向。
19德國女數學(xué)家尼約特發(fā)表了著(zhù)名的將對稱(chēng)性和守恒律聯(lián)系在一起的定理，即每一種自然界的對稱(chēng)性都可得到一種守恒律。
該定理揭示出了守恒律產(chǎn)生的原因，即守恒律是自然界的對稱(chēng)性所導致的。
根據法國物理學(xué)家皮埃爾？居里的對稱(chēng)性原理，對稱(chēng)的原因產(chǎn)生守恒的結果。
若將自然界中的某一對稱(chēng)性看作原因，則必有作為結果的一個(gè)守恒律。
如：系統總機械能函數對空間坐標系平移的對稱(chēng)性導致了動(dòng)量守恒定律。
二、對稱(chēng)性在物理學(xué)中的具體表現：
將對稱(chēng)應用于物理學(xué)的研究對象不僅僅是圖形，還有物理量，物理定律等。
下面我就物理學(xué)主要學(xué)科中所蘊含的對稱(chēng)性思想試作淺述，希望能引起大家對對稱(chēng)性的重視。
�。ㄒ唬┝W(xué)
力學(xué)是一門(mén)基礎學(xué)科，從牛頓到愛(ài)因斯坦，力學(xué)由絕對時(shí)空觀(guān)發(fā)展到了相對時(shí)空觀(guān)，相應地也就有了經(jīng)典力學(xué)和相對論力學(xué)。
在經(jīng)典力學(xué)中，有許多相對性思想，伽利略變換便是一個(gè)典型。
若將質(zhì)點(diǎn)系加速度視為一個(gè)物理量，伽利略變換視作一個(gè)操作，則經(jīng)伽利略變換后，加速度保持不變，故質(zhì)點(diǎn)加速度對伽利略變換的不變性可視為加速度對伽利略變換具有對稱(chēng)性。
牛頓第二定律F=ma對慣性系A成立，對慣性B亦成立，而慣性系A、B的變換滿(mǎn)足伽利略變換，故牛頓第二定律具有伽利略變換對稱(chēng)性。
而若將動(dòng)量視為一個(gè)物理量，伽利略變換視為一個(gè)操作，由于從不同參考系中觀(guān)察到的動(dòng)量不同，故動(dòng)量不具有伽利略變換不變性，但動(dòng)量守恒律由于對不同的慣性系均成立，故動(dòng)量守恒定律對伽利略變換具有對稱(chēng)性。
相對論力學(xué)本身就是愛(ài)因斯坦考慮對稱(chēng)性的產(chǎn)物，近代物理學(xué)家十分重視物理美，即對稱(chēng)、簡(jiǎn)單、和諧等，他們認為支配自然界的規律應該是簡(jiǎn)單的、對稱(chēng)的。
基于對稱(chēng)性，愛(ài)因斯坦認為對描述一切物理過(guò)程，包括物體位置變動(dòng)，電磁以及原子過(guò)程的規律，所有的慣性系都是等價(jià)的，只是不同的物理過(guò)程對應著(zhù)不同的操作而已，如力學(xué)規律關(guān)于伽利略變換對稱(chēng)，而電磁規律關(guān)于洛倫茲變換對稱(chēng)。
�。ǘ┕鈱W(xué)
光學(xué)可以分為幾何光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)，在幾何光學(xué)中平面鏡所成像與物體關(guān)于鏡面對稱(chēng)，這即所謂的`鏡像對稱(chēng)，它在物理學(xué)中有著(zhù)重要的運用，如宇稱(chēng)、電像法等。
光速作為一個(gè)物理量，具有時(shí)空對稱(chēng)性。
不論昨天、今天，還是明天，不論是中國、美國，還是其他星球，光速在同一介質(zhì)中的速度都是恒定的，所以光速具有時(shí)空對稱(chēng)性。
�。ㄈ┝Ｗ游锢韺W(xué)
粒子物理學(xué)是一門(mén)新興學(xué)科，它主要研究基本粒子以及它們間相互作用的規律，在粒子物理學(xué)的研究中對稱(chēng)性很重要，許多問(wèn)題本身研究的就是對稱(chēng)問(wèn)題。
宇稱(chēng)是粒子物理研究的一個(gè)重要概念，宇稱(chēng)是一種函數的性質(zhì)，在物理學(xué)中也是函數所代表的物理狀態(tài)的性質(zhì)。
對函數u=u（x），若u（—x）=u（x），則u（x）的宇稱(chēng)是偶性的，若u（—x）=—u（x），則u（x）的宇稱(chēng)是奇性的。
物理學(xué)家把宇稱(chēng)看作粒子的一種基本性質(zhì)，相當于自旋電荷的質(zhì)量等。
研究宇稱(chēng)對我們掌握粒子的性質(zhì)，以及粒子的分類(lèi)都有重要作用。
宇稱(chēng)守恒定律反映了粒子間相互作用的一種性質(zhì)，在已知的相互作用中，強相互作用和電磁相互作用中，宇稱(chēng)守恒；而弱相互作用中，宇稱(chēng)不守恒，這說(shuō)明了弱相互作用有一種特殊性質(zhì)。
�。ㄋ模┝孔恿W(xué)
量子力學(xué)被認為是二十世紀的三大發(fā)現（量子力學(xué)，相對論，生物DNA雙螺旋結構）之一，它以全新的理論使人們重新審視自然規律。
對稱(chēng)性思想可指導我們對未知領(lǐng)域進(jìn)行搜索，并據此提出合理假設，特別是量子力學(xué)所研究的微觀(guān)結構，用實(shí)驗研究很不方便，所以很多時(shí)候可以先用理論進(jìn)行研究，再用實(shí)驗驗證。
物質(zhì)波粒二象性的發(fā)現正是遵循著(zhù)這條規律，當初德布羅意正是在對稱(chēng)性的指導下，預言了物質(zhì)的波粒二象性。
通過(guò)上面的分析，大家可以看出，物理學(xué)的各個(gè)分支學(xué)科蘊含著(zhù)豐富的對稱(chēng)思想，研究對稱(chēng)性對于我們掌握物理規律，探索或發(fā)現未知領(lǐng)域的新情況起著(zhù)重要作用。
從對稱(chēng)性的角度出發(fā)分析和解決問(wèn)題，是當今在前沿工作的物理學(xué)家習慣采用的方法。
因此，在基礎物理的教學(xué)中，適當介紹一些在前沿工作的物理學(xué)家正在使用的概念、理論和方法，對于物理的學(xué)習是非常有必要的，而據我所知，許多教師和學(xué)生在物理學(xué)的教與學(xué)中，對此漠然視之，所以我撰寫(xiě)此文，希望能夠引起大家對對稱(chēng)性的重視。
物理學(xué)中的人生哲理2
從小，每個(gè)人幾乎都有放風(fēng)箏的經(jīng)驗。放風(fēng)箏是兒童的游戲，能夠啟發(fā)兒童對宇宙時(shí)空的認識，對風(fēng)向動(dòng)力等相關(guān)知識的充實(shí)。
放風(fēng)箏，首先需要有空曠的空間，才能觀(guān)察風(fēng)向，盡情的逆風(fēng)奔跑；透過(guò)風(fēng)向，借力使力，風(fēng)箏才能冉冉升空。放風(fēng)箏，往往不是一次就能順利飛升，必須耐心地一次又一次重來(lái)，不怕辛苦，不怕失敗，反復地勇于嘗試，才能成功。
放風(fēng)箏不只是小孩的游戲，大人也有放風(fēng)箏的比賽，從設計到升空，比的不只是創(chuàng )意，有時(shí)偌大的風(fēng)箏，如何讓它迎風(fēng)騰空，必須多人同心協(xié)力，發(fā)揮集體創(chuàng )作的團隊精神，才能贏(yíng)得好成績(jì)。所以，放風(fēng)箏不但有益身體健康，而且具有益智及教育的功能，實(shí)在是一項值得大力推動(dòng)的正當娛樂(lè )。
放風(fēng)箏，要掌握線(xiàn)，才能控制風(fēng)箏。斷了線(xiàn)的風(fēng)箏，固然一去不復返，但是有時(shí)候，線(xiàn)拉得太緊，或是放得太松，也不容易升空，所以要收放自如。做人，也要像放風(fēng)箏一樣，能放能收。平時(shí)我們說(shuō)話(huà)，說(shuō)出口的話(huà)，要能兌現；投資事業(yè)，也要能回收成本，因此要做市場(chǎng)調查，否則折本了怎么辦！
1752年7月，富蘭克林與兒子威廉在一間四面開(kāi)敞的'木棚里，利用風(fēng)箏進(jìn)行引接雷電的實(shí)驗，當閃電擊中風(fēng)箏后，他們父子看到繩上的纖維豎起，富蘭克林禁不住伸手摸一下，突然指尖與系在風(fēng)箏上的鑰匙間發(fā)生火花，左半身麻了一下，富蘭克林興奮地告訴兒子說(shuō)：“這就是電！”今日世界的光明，是從放風(fēng)箏所獲得的靈感；當年艾森豪威爾成功登陸諾曼底，也是善于觀(guān)察風(fēng)向，因此一戰成功。
放風(fēng)箏啟發(fā)了富蘭克林發(fā)現電力，對今日人類(lèi)的貢獻不可謂不大。尤其，放風(fēng)箏個(gè)中大有人生哲理在焉！我們做人，要像放風(fēng)箏一樣，懂得觀(guān)察風(fēng)向、時(shí)空、氣候、天時(shí)、地利、人和等，有了這些敏銳的覺(jué)知，做人才能進(jìn)退得宜、圓滿(mǎn)自在。
物理學(xué)中的人生哲理3
一、熱學(xué)
物理原理：熱傳遞能量的方向是由高溫傳向低溫。
物理現象：一滴熱水滴入一盆冷水，熱量由熱水傳向冷水。
人生哲理：熱水哪怕只有一滴，也要把自己的熱量傳給周?chē)�。我們一個(gè)人的力量雖然有限，但也要盡力伸出雙手，讓這個(gè)世界更美好。
二、光學(xué)
物理原理：物體在平面鏡上成的像沒(méi)有實(shí)際光線(xiàn)匯聚，因此稱(chēng)為虛像。
人生哲理：人無(wú)法真正看清自己，即使在鏡子中看到的自己也不是真實(shí)的。因此，人人都要虛心地接受別人的評價(jià)與意見(jiàn)，不斷改進(jìn)自己。
三、力學(xué)
物理原理：壓強的大小與受力面積的大小成正比。
物理現象：為了使用方便，菜刀的刀刃做得鋒利，使得壓強較大；刀柄做得光滑粗大，使得壓強較小。
人生哲理：刀鋒無(wú)需譏笑刀柄的'鈍挫。物盡所長(cháng)，人人都有他存在的價(jià)值。
物理學(xué)中的人生哲理4
它不僅是中國儒道的起源，更是得到近代像牛頓、波爾、愛(ài)因斯坦等等一大批物理學(xué)家的垂青,包括二進(jìn)制的提出，對立互補的誕生，辯證法的源頭還有最近的人類(lèi)64密碼子與64卦之對應等等，無(wú)不在向世人昭示著(zhù)：《易經(jīng)》即是古代物理，其蘊含有大量的規律性的真理。
現在就電磁等幾個(gè)簡(jiǎn)單的物理問(wèn)題，作以《易經(jīng)》之解釋。
一、電場(chǎng)與磁場(chǎng)
電磁場(chǎng)是由電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互體合而不可分割的統一場(chǎng)，這就類(lèi)比于太極。
《易？系辭傳》曰：太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦。
太極是一個(gè)整體，但無(wú)形無(wú)象，恰如這靜質(zhì)量的電磁場(chǎng)，但是內部蘊含的能量卻很大。
麥克斯韋方程組的第一個(gè)公式：是磁場(chǎng)強度B對時(shí)間T求偏導數就等于對電場(chǎng)強度E的取旋度。
�。ǚ柺欠较蛐裕┢湟饬x就是變化的磁場(chǎng)能產(chǎn)生電場(chǎng)。
同時(shí)，其第二個(gè)公式就是變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)。
不言而喻，由這種本質(zhì)的作用場(chǎng)產(chǎn)生了兩儀即：電場(chǎng)和磁場(chǎng)。
電磁感應現象并不是一種獨立的自然現象，它實(shí)際上也是電場(chǎng)和磁場(chǎng)的相對論聯(lián)系的一種表現。
將電場(chǎng)看做陽(yáng)，磁場(chǎng)看作陰。
變化的電場(chǎng)產(chǎn)生磁場(chǎng)，即是太陽(yáng)中孕育少陰，即為感生磁場(chǎng)。
變化的磁場(chǎng)產(chǎn)生電場(chǎng)，即是太陰中孕育少陽(yáng)，即是感生電場(chǎng)。
陰陽(yáng)本質(zhì)來(lái)講都是太極的兩個(gè)方面，故而如果用相對論來(lái)解釋電場(chǎng)和磁場(chǎng)本質(zhì)是一樣的。
將陰陽(yáng)爻放置中間，分別象征四象的變化電場(chǎng)，變化磁場(chǎng)，感生電場(chǎng)，感生磁場(chǎng)附于其側，就形成了八卦。
這種由陰陽(yáng)（電磁）所衍生的與各象的關(guān)系，又會(huì )對應八卦所寄予的事物應和，構成由電磁場(chǎng)所決定的世外洞天。
二、勢壘貫穿
一個(gè)能量為E的粒子射向勢能高度為V的勢壘時(shí)，即使E。大于V，粒子也未必能越過(guò)該勢壘。
而能量更低的E也有可能越過(guò)V。
只能說(shuō)能量越高，其越過(guò)概率相對較大。
1928年，加莫夫（后來(lái)提出宇宙大爆炸模型）借用隧道效應解釋放射性原子核的a衰變現象。
放射性原子核放出的a粒子能量大致在4到9電子伏特，而粒子和子核之間的庫侖勢壘一般高達20兆電子伏以上。
因為這種隧道效應，衰變現象才得以實(shí)現。
放射性原子核的平均壽命相差非常大，從10到10—16秒。
壽命越長(cháng)，放出的粒子能量越低；壽命越短，放出的粒子能量越高。
顯然，該現象并不符合能量守恒定律。
現在流行的觀(guān)點(diǎn)是：當粒子遇到勢壘時(shí)，可以從“虛無(wú)”中借用能量，粒子先“借用”能量，當自己的能量大于勢壘的時(shí)候，越過(guò)勢壘。
越過(guò)勢壘后，再將借用的能量還給“虛無(wú)”。
借用時(shí)間與借用能量之間滿(mǎn)足不確定關(guān)系。
即時(shí)間越短，借到能量越多。
時(shí)間越長(cháng)，借到能量越少，發(fā)射出的粒子能量就低。
勢壘貫穿明顯就帶有玄學(xué)的味道。
老子在《道德經(jīng)》第四十三章中說(shuō)：。天下之至柔，馳騁天下之至堅。
無(wú)有入無(wú)間，吾是以知無(wú)為之有益。
不言之教，無(wú)為之益天下希及之。
倘若能量可從一種場(chǎng)的作用中借來(lái)，那其將符合物質(zhì)的一般屬性。
原子之道，為了達到更穩定的狀態(tài)（即是遵守能量最低的趨勢），在穿過(guò)勢壘（至堅）的時(shí)候，天下至柔（準放射出的粒子）可謂馳騁其核周?chē)�，順其自然而為之�?/p>
而在真正的“穿越”的這個(gè)過(guò)程中，“無(wú)有入無(wú)間”，基乎不可能而成為可能。
壽命越長(cháng)，放出的粒子能量越低；壽命越短，放出的粒子能量越高，也符合“道本無(wú)為”的原則。
《道德經(jīng)》第三十六章說(shuō)：將欲歙之，必固張之。
將欲弱之，必固強之。
將欲廢之，必固興之。
將欲取之，必固與之。
是謂微明。
柔弱勝剛強。
原子核并未真有什么隧道，而應是在一定階段時(shí)原子核內部的一種能量的釋放。
任何事物因為運動(dòng)而會(huì )有道的兩儀本原（陰陽(yáng)），原子核也不例外。
原子核在陽(yáng)氣到達頂峰時(shí)必將盛而衰，向外輻射分核子。
這此過(guò)程中，原子核必將因為這個(gè)“動(dòng)作”而元氣大傷，即所謂“亢龍有悔”。
于此時(shí)，主要因為原子核而造就的勢壘，也因主變弱而變小。
所以只要滿(mǎn)足此時(shí)客能克主即可以實(shí)現貫穿所謂勢壘。
勢壘貫穿又從另一個(gè)角度說(shuō)明任何規律都非一成不變的！
三、不確定關(guān)系（測不準原理）
哥本哈根學(xué)派的波爾從太極雙魚(yú)中，看到了對立即是互補的道本！世界萬(wàn)物，無(wú)時(shí)不刻為此而生生不息，從狼羊共存到天地相依。
于是他認為經(jīng)典決定論的因果律在量子系統中不成立――觀(guān)測將不可避免地干擾觀(guān)測對象。
他把海森堡的不確定理論提升到哲學(xué)高度，任何一個(gè)物體位置與動(dòng)量不可能同時(shí)確定。
我們對一個(gè)粒子的位置知道的'越精確，它的速度（動(dòng)量）就越模糊。
動(dòng)為陽(yáng)，靜為陰。
動(dòng)量與位置（運動(dòng)中的事物本身，即瞬間事物）本身就隸屬于陰陽(yáng)兩儀。
《易經(jīng)》中說(shuō)：太極生兩儀，兩儀生四象，四象生八卦。
兩儀為陰陽(yáng)，四象為太陰太陽(yáng)少陰少陽(yáng)。
太陽(yáng)中含有少陰，太陰中含有少陽(yáng)。
不管兩儀還是四象，易的本質(zhì)屬性就是變。
不確定關(guān)系的雙方，即是兩儀。
兩儀的“不確定”的陰陽(yáng)互補運動(dòng)，才生出四象，繼而生出八卦與萬(wàn)物。
生命的本質(zhì)是一種陰陽(yáng)互補運動(dòng)美！兩儀時(shí)時(shí)處在一個(gè)不停地交合運轉之中。
因為這種運作，才有了萬(wàn)物，才有了生命。
我們不可能精確地測出某一粒子此刻的陽(yáng)（動(dòng)量），也同時(shí)知道他此時(shí)的陰（位置）。
在這個(gè)思維轉換的瞬間，陰陽(yáng)已經(jīng)變化，繼續交合運轉。
四維之一的時(shí)間，是不確定關(guān)系的主因。
四、態(tài)疊加原理
哥本哈根學(xué)派對量子力學(xué)的概率解釋?zhuān)瑢ⅰ盃顟B(tài)的平方相應于概率”，并且把觀(guān)察不到的疊加量子狀態(tài)（粒子波動(dòng)性的反映），解釋為不可逆的“測量”對量子態(tài)的影響。
將粒子的兩種態(tài)分別視為，則疊加態(tài)的概率是，其不等于各態(tài)疊加之和。
然而在觀(guān)測的時(shí)候，處在疊加態(tài)的粒子，或處在態(tài)，或處在態(tài)，這是什么原因？哥本哈根學(xué)派的觀(guān)點(diǎn)是，測量干擾，使其塌縮、薛定諤以及愛(ài)因斯坦反對，并有了薛定諤貓。
疊加態(tài)的概率，如果把看作陽(yáng)，為陰，則結果為太陽(yáng)+少陰+少陽(yáng)+太陰。
這兩個(gè)量子狀態(tài)的疊加構成一個(gè)完整的四象。
對于少陽(yáng)少陰而言，隱在太陽(yáng)太陰之中，正如雙魚(yú)之眼。
即所謂的干涉項必然存在，但不會(huì )體現。
也就是說(shuō)，假若觀(guān)測時(shí)，發(fā)現粒子處在態(tài)或軌道，那么它有一半的可能已經(jīng)發(fā)生了疊加干涉，但是那種作用，我們是無(wú)法觀(guān)測到的。
波爾所謂的塌縮，應該就是這個(gè)隱藏道理。
對于那只薛定諤貓，其“疊加態(tài)的生死”，也并非不可解釋。
若為生，則為太陽(yáng)，其中隱含有死的少陰。
若為死，則為太陰，其中含有生的太陽(yáng)。
這與電磁場(chǎng)的四象說(shuō)有本質(zhì)的統一性，但尚且需要進(jìn)一步探索。
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