“物理”是个神奇的“国家”,把全身心静下来、沉下来,亲自去玩一趟,边游边悟,你逐渐会感到真过瘾、真舒服,越来越喜欢它;回来后,回味无穷,想想不如再去几趟。想想中学时竟然没有激起兴趣,算是被老师“坑”了。
为了好记,我这样理解:化学是研究物质组成的,物理就是研究物质运动规律的,外部现象表现为热、力、电、光、声等。
先从它的“出生”说起。
一、遗传“母体”哲学基因--辩证唯物。
15世纪(文艺复兴)之前,受宗教影响,科学被窒息,“物理学”也一直沉睡在自然哲学之中。直到“文艺复兴”,伽利略比萨斜塔实验开始,物理学才从远古的自然哲学的母体中分娩出来,所以它也遗传了母体的重要基因——辩证唯物(有时想:哲学就是从现实生活中总结出来的)。
1、感性到理性:
观察实验和理性思维是大自然赋予我们人类的两大认知功能,同时也是构建一切科学的两条最基本的途径。
物理规律都是从现象上,或者从实验中进行大胆想象、总结,然后再去实践、验证、调整;循环往复、盘旋上升。人类认识必须从感性上升到理性,才能揭示事物的本质。(我们进行各种总结,意义大概如此。)
什么是科学探究?科学家卡耳·波普说:
“科学始于问题,是问题激发我们去观察、去思考,去探究,为了解决问题,寻求答案,便试探性地提出某些猜想与假设。”
因此,他断言:
“任何科学理论的实质都是猜想与假设,是人们在有限事实材料的基础上,大胆地跳跃到某个结论上,再用这个结论对问题进行解释,然后接受实践的检验。”
2、对立统一。
引力(F)力总是要改变物体的运动状态,而惯性(V)又总是要维持物体的运动状态不变。因此,它们成了一对矛盾。然而,大自然却十分巧妙地采用圆或椭圆运动,统一了惯性和力这对矛盾。
这说明圆或椭圆运动,是力和惯性这对矛盾的对立统一体的表现形式,而圆或椭圆恰恰又是大自然中和谐与稳定的一种结构方式,也是大自然中对称美的质朴表现。(我有时想:一切科学都有一种艺术美;一切艺术都有一种科学美。)
3、多面性与互融性。
物理学中有一种常数,当物质运动接近这个数时,物质的性质将发生质的变化。比如说:
当物质的温度接近或达到-273.15℃时,物质的性质将发生质的变化。
例如,汞(水银)在4.2k,即-268.95℃时,其电阻将突然降至为零。
物理学中的“0”,并非是“无”,它代表守恒状态或平衡状态。
例如,物体受到合力为“0”时,那么,物体处于静止或匀速直线运动两种平衡状态或守恒状态。
又例如,物体内部正负电荷数相等时,即正负电荷相互作用为零时,物体处于不显电性的静电平衡状态。
这也验证哲学中“真理既是绝对的,又是相对的”和“量变到质变是自然中事物变化的普遍规律,变中有不变,不变中有变,变与不变是对立的统一体”,以及“事物总是在否定之否定中前进”。
以及热能与电能的互转、物质与能量的互化(物质即能量、能量即物质(牛顿))等等 都在说明:万事万物既多面又的互融共通。
所以学习物理一定要站在哲学的制高点,因为它就是哲学的后代。以下哲学思想会在物理上常见:
※ 世界既是普遍联系的,又是无限循环发展的。
※ 矛盾是事物发展的动力,矛盾的双方可以相互转化,事物往往是矛盾的对立统一体。
※ 主要矛盾在事物运动与发展的过程中起决定性的作用。
※ 从量变到质变,是事物发展的普遍规律,变中有不变,不变中有变,而变与不变也是对立统一体。
※ 自然界的物质与运动,既是多样的,又是统一的。
※ 事物总是有两面性的,因此,要用一分为二的观点来分析问题、处理问题。
※ 内因是事物运动与发展的决定性因素,外因是事物运动与发展的外部条件。
※ 必然是偶然的支撑,偶然又是必然的表现和补充。
※ 原因是现象,结果也是现象,只不过原因是结果的内在现象,而结果是原因的外在表现。
※ 事物总是在“否定之否定”中演变和发展的。
※ 真理既是绝对的,又是相对的。
科学家的审美标准:真实、质朴、简单、均衡、对称、不变、守恒、和谐、稳定和辩证等。“大自然总是要尽可能地使其系统结构内部的能量耗损降低到最低为止,以确保其系统结构的稳定与和谐。”(《叩开学习物理的门与道》)
二、“数学”是它的一个基本属性。
因为物理学中的力、声、热、电、光等现象,只有通过数学的语言才能精准地描述它们变化的规律或秩序。这个事实反过来说明,大自然具有数学结构的本性。难怪许多科学家都说,“大自然是用数学的方法来打造自己近乎完美的结构的”。
科学家开尔文曾说过:
“……当你能够量度你所说的东西,并且能用‘数’来表示,那你就对它有所了解了,如果你不能量度而且不能用‘数’来表示它,那你的知识便是贫乏的和不能令人满意的。”
1、测量先从空间(长度)和时间开始。
因为“自然中一切物质的运动与变化,都是以时间和空间的形式进行的”,或者说“物质的运动与变化,总是离不开时间和空间的”。牛顿有两个著名假设:
(1)时间是与外界事物无关而均匀地流逝着。
(2)空间也是与外界事物无关而永恒不变的。
牛顿物理与初中物理,都是在这两点假设的时空框架中产生的。若没有这两点假设,我们今天就无法找到任何测量工具对时间和空间进行测量了。
2、测量的标准量。
用来作比较的标准量,也就是测量的基本单位。,通常源于自然中的一些不变的量值。
例如,长度单位米,就是先人当时认为“地球子午线长度的四千万分之一”是一个不变的量值,进而用来作为标准量,并用铂制作成“米原器”存放在法国巴黎国际计量局内,以方便人们复制与操作。
一般用来作比较的测量单位的规定,遵循不变性、公认性、可复制性和便操作性四个原则。
190325