我校关工委“五老”王骁勇教授

为电信学院2022级学生宣讲物理学思想

6月13日下午，王骁勇教授为电子信息工程学院2022级全体学生宣讲物理学思想。这些学生从初中二年级就开始学习物理，至今已经八年了。八年来他们主要学习的是物理学知识，可以说对物理学思想这个问题根本没有意识到，当然也就没有思考过。

物理学思想是物理学大师们在探索物质世界的运动规律的过程中形成的一种认识论的体系，它已成为物理学研究的指南。

一、简洁性原理。

１、自然是经济的。达﹒芬奇说：“自然是经济的，而且这种经济是定量的。”牛顿指出：“自然界不做多余的事……因为自然界喜欢简单化……” 最小作用原理认识史就是最生动的例证。

２、科学理论是简洁的。爱因斯坦认为“唯一事关紧要的是基础的逻辑的简单性。”为了描述天体运动的规律，托勒密用了八十多个“轮”来组合→哥白尼减少为三十多个“轮”→开普勒只用了几个“轮”就够了，即一颗行星一个“轮”→而牛顿用万有引力定律和运动三定律就把问题解决了。

３、科学思维方式是简洁的。牛顿在研究天体运动时指出：“每个行星不完全在椭圆上运动，也不会在同一轨道上旋转两次”，“如果同时考虑所有运动的起因，是人类的智力所不能胜任的。” 因此他采用了由圆→椭圆、质点→球、单体→多体的研究方法，出色地完成工作。

二、统一性原理。

爱因斯坦指出：“从……各种复杂的现象中认识它们的统一性，那是一种壮丽的感觉。”物理学已完成了五次大统一，正在为实现第六次大统一奋斗。

第一次大统一：牛顿的万有引力和运动三定律把开普勒的天上的行星运动和伽利略地上的自由落体运动统一起来了。

第二次大统一：克劳修斯等将机械运动、热运动、电磁（光）运动、分子运动（化学现象）甚至生命运动都以“能量”的概念统一起来，指出他们可相互转化而总量不变。

第三次大统一：麦克斯韦方程组的建立，实现了电、磁、光的统一。

第四次大统一：爱因斯坦建立狭义和广义相对论，使高速和低速、质量与能量、动量与动能、时空与运动、引力与惯性、时空和物质的分布实现了统一。

第五次大统一：量子力学的建立实现了波和粒子、宏观与微观、因果律与概率论的统一。

第六次大统一：晚年的爱因斯坦企图将万有引力和电磁力统一起来，由于历史的原因没成功，但为后来人指明了前进的方向。1967年，温伯格和萨拉姆建立了弱电统一模型，使统一场理论迈开了可喜的第一步。

三、对称性原理。

杨振宁指出：“对称性原理导致各种场论的兴起。”

1、形象对称性——视觉的对称。

把对称性作为一种科学研究的指导思想发端于古希腊的毕达哥拉斯。他认为“万物皆数”，10是最完美的数，圆和球是最完美的图形，天体运动应该作匀速圆周运动。这个思想一直影响着行星运动规律的研究，甚至影响到原子结构的研究。门捷列夫周期表也有视觉对称性。

2、抽象对称性——思维的对称。

抽象对称性指的思维方法的对称，即用逆向思维的方式研究物理现象或物理规律。如：

奥斯特发现电流的磁效应（电生磁），法拉弟用逆向思维发现电磁感应定律（磁生电）；法拉弟的变化的磁场可产生变化的电场导致麦克斯韦提出位移电流假设，即变化的电场也可产生变化的磁场。爱因斯坦提出光量子假说，指出光具有波粒二象性；德布罗意运用逆向思维指出微观粒子（如电子）也应具有波粒二象性。

3、数学对称性——理性的对称。

 所谓数学对称就是变换不变性，即协变性。更通俗点说，当参照系发生变化时，物理规律不应该发生变化。这个思想是由伽利略首先提出来的，称为力学相对性原理，即力学规律在一切惯性系中相同。后来爱因斯坦给出了伽利略变换的数学表达式。

爱因斯坦是运用数学对称原理的大师，他在伽利略的基础上向前跨了两大步。第一步，提出物理规律在一切惯性系中不变，再加上真空中光的传播速度与光源的运动无关，构成了狭义相对论的两条基本假设。第二步，提出物理规律在一切参照系中不变，再加上局布非惯性系与均匀引力场等效，构成了广义相对论的两条基本假设。相对论和量子力学的建立是物理学的一场革命。杨振宁指出：“对称性原理”在量子力学中的作用，再怎么强调也不过分。”

四、和谐性原理。

杨振宁说:“从一些纯化的理想化的实验中得出的物理规律,可以用数学语言来描述。这是伽利略的伟大教导，这当然是定量物理学的开始。”

1、科学理论必须用数学语言表述

马克思强调:“一种科学只有在成功地运用数学时，才算达到真正完善的地步。”

例：爱因斯坦对伽俐略的“力学相对性原理”的数学化。先看伽俐略对“原理”的原始表述——“萨尔维阿蒂大船”。然后爱因斯坦将其数学化 。

再看其他物理理论的数学表述。略……

2、物理学与几何学的关系：经典物理学对应的是欧几里德几何平直三维空间，狭义相对论对应的是闵可夫斯基的四维空间，广义相对论对应的是黎曼的弯曲空间，规范场论对应的是纤维束空间。

3、物理学大师与数学。数学发展史上三位里程碑式的人物都是物理学大师：阿基米德首先提出并应用极限概念求解了的复杂图形的面积和重心的问题。牛顿创立了微积分，这是对数学和物理学的发展的极大贡献。高斯等创立的非欧几里德几何既是对数学的重大推动也为广义相对论的创立提供了强大的数学工具。

五、对应性原理。

对应性原理是玻尔提出的。他认为“物理学上的任何一种新理论，……必定可化为与它相对应的已牢固确立的被实验证实了的经典理论。”

 如：狭义相对论中有“时间延缓”、“长度收缩”和“质量加大”三大重要结论，即当物体的运动速度v与光速c可比拟时，物体运动的时间、占据的空间和本身的质量的测量都与v有关。但我们注意，在以上三个公式中，若v《c，则 v2/c2→0， 上面三个式子就变为：t=t0 ，l=l0 ，m=m0 。这就是牛顿力学中的结论。可见相对论力学中包含了牛顿力学在内。这既说明牛顿力学是正确的，也说明狭义相对论是正确的。

又如：在玻尔氢光谱能级差的表达式中，当量子数趋于无穷大时，能级差就趋于0，也就是说氢光谱就连续了，于是过渡到经典电磁理论。这说明量子理论和经典电磁理论都是正确的。

六、互补性原理。

该原理是玻尔与爱因斯坦在争论量子力学应当怎样表述的过程中提出来的。玻尔认为：在描述自然时，必须将互斥而又互补的概念结合起来，才能形成对现象的完备描述。如：

除波动性和粒子性互补外，因果与机遇、决定与概率、连续与间断、有序与无序、平衡与非平衡、可逆与不可逆、线性与非线性、吸引与排斥等等都是互补的。在对自然现象和自然规律进行描述时，必须将这些物理概念结合起来运用，理论才是完备的。

互补原理本质上就是马克思主义的“对立统一规律”在物理学中的新的体现和发展。

其实不只是描述自然的理论是互补的，研究自然规律的方法也是互补的。爱因斯坦就是这方面的大师。他的科学研究方法是“六个互补”的相结合：直觉与数学的结合，想象与逻辑相结合，独思与讨论相结合，继承与创新相结合，科学与哲学相结合，科学与艺术相结合。

这个讲座，既是对同学们所学过的物理学知识的概括和总结，又是在认识论和方法论层面上的提高，孩子们可谓大开眼界。这对即将走向实习岗位的他们来说无论是对今后的学习还是教学工作都是非常有益的。因此，同学们听得很专心，很多同学在认真记笔记。讲座毕，会场响起了热烈的掌声。会后有的学生还争相拷贝了课件。

报：重庆市关工委、重庆市教委关工委，重庆市涪陵区关工委、重庆市涪陵区教委关工委

送：本校关工委名誉主任、分管领导，校办，组织部、宣传部、教务处、团委、学生处、图书馆、离退休处，关工委顾问、正副主任、秘书长、各二级关工委，五老同志

王骁勇  校关工委秘书处黄仲慧撰稿

（传电子文档25份，共印4份）