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我们的物理学是一门非常美的科学。这句话可能有些同学持不同的观点,并说物理学难得让我们害怕,甚至恐惧,还有什么美?我们根本就体会不出它到底“美”在哪里。其实,造成害怕甚至恐惧物理的原因就是:同学们从一开始就没有进入学习物理的正确轨道,而被应试教育推进了“旁门左道”之中,又被那些偏、难、繁、怪的问题所拦截,进而对物理这门科学产生害怕和恐惧的心理。
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其实,物理是一门既有趣,又有用,同时还十分美的科学。
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关于“美”的内涵用一两句话是说不清的,但是,我们可以用科学家们是怎样认识“美”的进而慢慢体悟“美”的含义。
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量子物理学家海森伯在《精确科学中美的意义》一书中,给“美”下了一个定义,即:美是各部分之间以及部分与整体之间,固有的和谐。他还说:“simplex sigillumveri——简单是美的标志;pulchritudo spiendor veritatis——美是真的光辉。”
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科学家爱因斯坦说:“世界赋予的秩序和谐,我们只能以谦卑的方式不完全地把握其逻辑的质朴性的美。”又说:“一切科学工作都基于这种信仰,确信宇宙具有一个完全和谐的结构。今天,我们比任何时候都没有理由让我们自己人云亦云地放弃这个美妙的信仰。”
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哲学家弗兰西斯·培根给“美”制定了一条标准,即一切绝妙的美,都显示出奇异的均衡关系。
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可见,在科学家心目中的“美”概括起来说,就是质朴、真实、简单、均衡、不变、对称、辩证、稳定、和谐等。
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当同学们确立了上述的审美观念之后,就一定会体悟到物理中的“美”了,甚至还会觉得物理这门科学中处处都有“美”的表现。
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3.为什么说能量守恒原理是自然中最根本的规律?
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能量是支撑自然中一切物质运动的动力之源,没有能量的存在,就没有宇宙的诞生,而能量守恒是支持自然中一切物质运动的秩序之本,没有能量守恒原理,就没有宇宙运行的秩序。
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大到宇观天体,小到微观粒子,无一不遵循能量守恒原理。因此,能量守恒原理是自然中最根本的规律。
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例如,热总是从高温处向低温处转移,直到两处的温度相等为止,即达到热平衡状态。可见,这是系统内能的守恒性决定了热传递的秩序性。
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又例如,水总是从高处向低处流动,直到高、低处的水位相等为止,即两处的水位处于水平状态。可见,这是机械能的守恒性决定了水从高处向低处流动的秩序性。
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上述的事实就是守恒性在自然中“美”的表现,同时也证明了大自然总是要使其系统的能量降低到最低为止,以确保其系统的稳定与和谐的特性。
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4.怎样认识能量在转移和转化过程中是有方向性的?
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这里说的方向性,指能量在转移或转化的过程中的正向性。也就是说能量在转移和转化的过程中不可逆向。这是为什么呢?
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其中最主要的原因就是自然中内能的耗散性。无论是何种形式的能量,它们在相互转移或转化的过程中总伴随有内能的耗散,而内能的耗散是无法回收的。
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例如,各种机械的运动总避免不了摩擦生热的现象,电动机和发电机通电工作时,其中的线圈总避免不了电流的热效应,而这些热(内能),通常都耗散在大气中无法回收,就如同泼出去的水一样。
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尽管大自然在内能的耗散方面不可避免,但大自然又总是要设法使自己系统结构内部的能量耗损降低到最低为止,以确保系统结构的和谐与稳定。
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这就是自然中既对立又统一的辩证性的表现。
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可见,我们常说“金无足赤,人无完人”,同样,自然也是没有完美的。
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因此,人们将内能耗散这一自然特性引用到社会学中,告诫人类要尽可能地减少内耗,即通常说的“窝里斗”。因为内耗只会伤害人类自身。
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这种告诫也告诉我们社会跟自然是一样的,需要和谐与稳定的发展环境。这大概就是我们国家向全世界呼吁“要构建互利共赢,和谐稳定的人类命运共同体”的根本原因!
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