自然科学中的人文与艺术市公开课金奖市赛课一等奖课件

自然科学与美学Scienceandaesthetics

大自然是美，大自然规律也是美。前者使人赏心悦目，后者使人宁静志远。而二者都使人脱俗高尚。

第1页毕达哥拉斯第2页古代：毕达哥拉斯：数乃万物之源。数友好既是自然规律之源，也是美感之源。1，声之友好，源于发音体“量”（管弦之长，钟鼓之重）友好。2，形之友好，源于其线，面，体百分比关系统一（黄金分割

(a:b=<a+b>:a)1:0.618）庄子：：判天地之美析万物之理

“理”：玉之纹理---条理---道理---秩序---规律第3页爱神维纳斯太阳神阿波罗0.6181第4页大卫米开朗琪罗第5页第6页黄金分割黄金矩形：矩形长宽比为1:0.618第7页一，美学浅说1。AESTHETICA（希腊，感觉好之意）2。1750《美学》哲学家箸作3。1910从日文译为汉字。王国维蔡元培李泽厚4。《艺术哲学》傅雷译5。达芬奇，哥德，康德，黑格尔，马克思第8页“美”请从甲骨文美字猜测，在古代中国关于美最初认识汉字“羊大”为“美”：人基本欲望“羊人”为“美”：戴羽毛头饰妇女

第9页二，美学定位美学不是自然科学（以客体世界为本位）美学不是社会科学（以群体社会为本位）美学是人文科学（以个体精神世界为本位）所以形成“自然美学”这么一个边缘学科也是顺理成章而自然科学直接对象是物理（模型）世界（客体世界在主体世界上投影）第10页三，自然美学意义1。“美”是“真”光芒。只有沿着“美”路径，才能最终寻找到“真”。2。“美”是教育原动力。体检健康，阳光，自由，成长，友好，秉弃扭曲，阴暗，压抑，枯萎，极端。第11页美学主要观点朱光潜（1897年-1986年），笔名孟实、盟石。安徽桐城人。中国美学家、文艺理论家、教育家、翻译家。朱光潜是北京大学一级教授美是一个联想（朱光潜）第12页李泽厚，著名哲学家，现为中国社会科学院哲学研究所研究员、巴黎国际哲学院院士、美国科罗拉多学院荣誉人文学博士，德国图宾根大学、美国密西根大学、威斯康辛大学等多所大学客座教授。主要从事中国近代思想史和哲学、美学研究。以重实践、尚“人化”“客观性与社会性相统一”美学观卓然成家2月，美国最权威世界性古今文艺理论选集《诺顿理论与批评文选》第二版，收录了李泽厚《美学四讲》“艺术”篇中第二章“形式层与原始积淀”李泽厚作品(14张)。这套文集由柏拉图论著选起，一直选到当代。李泽厚是进入这套一直由西方理论家统治文论选第一位中国学人。美是友好（李泽厚）第13页美是理念感性显现（黑格尔）第14页几个美学流派：1。美是友好（李泽厚）2。美是一个联想（朱光潜）3。美是理念感性显现（黑格尔）

美是一个感觉,是一个群体感觉。所以对全部

个体而言，她含有客观存在秉性，含有物质性。

美功效：

*使人`高尚。*使人智慧。*使人高兴。

何为美？第15页感觉与认识感性与理性美学与理学艺术与科学从其雏形期起就是紧密联络第16页古代陶器制作，先用植物藤枝编成半球型骨架，然后抹上泥，再在火上烤，干后成型作成容器，经过千百次试验，有成功了，有失败了，那些成功型状渐渐就被认为是“美”，而那些成功型状往往就是付协力学中力平衡原理，所以各地域先民陶器外型往往跟当地植物种类（枝藤长度、刚度等力学性质相关

第17页打鱼、打猎器具及发展到以后兵器，最有效即是最美同时也是最付协力学、热学原理。这往往与当地猎物形状、活动情况和环境相关第18页古代造桥，在各种型状重复试验比较中，最经久坚固被认为是美，当然也是最符合静力学和动力学原理。第19页从数学和声学观点去研究声音节奏友好，认为声音友好都是由发声体“量”（管，弦之长短；钟鼓之大小）友好所决定。万物起源于数，数友好既是科学源泉也是艺术源泉。——毕达哥拉斯第20页房子结构、大小、高低、型状也与当地所取村料（木料、石块等）几何尺寸，物理等性亲密相关。千百次试造中，凡成功往往是满足力学、理化要求，（比如对称、黄金分割、省力省料等）也就被认为是“美”第21页落魄江湖载酒行，楚腰纤细掌中轻。人类对人体美认同大致一致。女性三围腰围越小认为越美，男性倒三角体型也被认为是标准健美体型。请猜测这种审美观是怎样形成？第22页永鞭端效应中国书法

第23页米芾(音fú北宋湖北襄阳)中国书法,所谓上品，美，无不考究气韵生动，（取得美感者，首先是执笔本人在书写过程中，其次才是观赏者）这实际上就是书写者整体运动——收放（心律）、吐纳（呼吸）和流动（循环）有效地贯通于腕指笔端，此时此刻到达最流畅、最协调、最无阻力状态，尤如力学中鞭端效应。所以这必定与作者情绪思想亲密相关。因而我们说字如其人，书法艺术最能表达人品人格和人生命状态。

第24页宋徽宗（瘦金体）王羲之(晋)第25页

何为理性美？

1)直接:经过思索探求从疑惑中得到解脱;经过归纳和积累使思想和精神得到升华.2)间接:经过联想,将规律或过程与有类同特点感性美体验相联络.（小孩数数，浮力定律）第26页第27页第28页3.自然美学几个关键点：

*物质世界在原始层面上是按美学原理(对称性,简练性,普遍性)构筑。*当试验一样支持几个理论时，人们是经过美学标准进行筛选。*真理光芒就是美，沿着美路径就能找到真理。*当代科技需要试验支撑，理论框架，也需要美学依靠。第29页4．美学三性1）

简练性：描述一样经验资料，含有最少许定义和模型那个理论为好。2）

普遍性：应用经验范围广，适应性强那个理论框架为好（亦称“空筐”性）3）

对称性：假如对一系统，作某种操作后，系统状态不变，则称系统对该操作对称。他是人类最原始审美心态。

第30页简练性美学三性之一第31页简练性:1)物理模型:F=ma，E=mc22)“惜秦王汉武,略输文采;唐宗宋祖,稍逊风骚;一代天娇成吉斯汗,只识弯弓射大雕.”3)传统京昆4)国画:八大山人,吴伟,齐白石,林风眠.第32页第33页第34页明代画家吴伟第35页朱耷(dā)第36页第37页第38页第39页第40页第41页林风眠第42页第43页第44页普遍性（空筐性）美学三性之二第45页数学空筐性数学抽象:1+1=2毕达哥拉斯：数是宇宙万物本原，研究数学目标并不在于使用而是为了探索自然奥秘。他们从五个苹果、五个手指等事物中抽象出了五这个数。这在今天看来很日常事，但在当初哲学和实用数学界，这算是一个巨大进步。在实用数学方面，它使得算术成为可能。在哲学方面，这个发觉促使人们相信数是组成实物世界基础。

第46页音乐空筐性贝多芬成就却在于他向人类文化宝库提供了好几个雄视百代、卓然独立于千古音乐“空筐”：《英雄》、《命运》、《田园》和《第九》这四部交响曲，以及《Ｄ大调小提琴协奏曲》和《第五钢琴协奏曲》等作品。这些“筐”竟是如此“空”，它们要求乐队指挥、演奏家和广大听众把各自内外阅历统统放进去。所以，有海菲茨贝多芬，也有梅纽因和小泽征尔贝多芬，同时还有卡尔、史密斯、张三、李四、王五、赵六贝多芬。一起来听《命运交响曲》华彦君华彦均-《二泉映月》第47页诗歌空筐性李商隐《乐游原》

向晚意不适，驱车登古原。夕阳无限好，只是近黄昏。第48页自然科学空筐性普朗克黑体辐射公式描述在任意温度下，从一个黑体中发射电磁辐射辐射率与电磁辐射频率关系公式维恩近似在短波范围内和试验数据相当符合，但在长波范围内偏差较大；而瑞利-金斯公式则恰好相反。普朗克得到公式则在全波段范围内都和试验结果符合得相当好。第49页第50页开普勒苦苦追求天体运动普遍规律第51页一天，牛顿坐在苹果树下沉思，突然一棵熟透了

掉下來，打到了他头。牛顿恍然大悟，喔～～原來苹果会从树上掉下來和月亮会绕着地球转是一样一回事，都是万有引力造成。于是，牛顿写出了下面这个永垂不朽式子：第52页爱`因斯坦对“普遍性”追求:

全部力学规律等价(伽利略)惯性系全部物理规律等价(爱氏)非惯性系(引力场):全部物理规律等价广义相对论电磁场--------微观:强弱相互作用--------统一场论?狭义相对论第53页富兰克林天电与地电统一试验第54页4．美学三性1）

简练性：描述一样经验资料，含有最少许定义和模型那个理论为好。2）

普遍性：应用经验范围广，适应性强那个理论框架为好（亦称“空筐”性）3）

对称性：假如对一系统，作某种操作后，系统状态不变，则称系统对该操作对称。他是人类最原始审美心态。

回顾第55页对称性美学三性之三第56页MAXWELL电磁场理论:如此对称电磁场理论,终究是人们创造,还是人们发觉?第57页第58页第59页第60页第61页第62页第63页第64页第65页第66页诺特尔(德国女数学家)定理证实了对称操作与守恒定律联络，对称意味着操作使对象前后状态等价，也就意味着该操作中一定隐含有某个合作用(量)为零，也就意味着某个物理量在该过程前后守恒

举例，空间旋转对称(各向同性)对应着角动量守恒:如图：一对粒子O与A，固定O，将A沿圆弧△S移到A’，相互势能改变△U＝-（FOA）.△S，而按旋转知UOA＝UOA，

△U＝0，则力切向分量FOar=0，即O、A(A’)作用只能在质心连线上，因而协力矩为0，角动量守恒。

oΔsAA/F切第67页对称与守恒1234567891234567891973对称操作守恒：15第68页对称与守恒1234567891234567891973对称操作守恒：151—25。守恒：65。对称操作？6。第69页图形绕某轴转后恢复原状，称体系含有n次轴对称。n=360/基转角(1).轴对称(2).点对称(3).镜面对称第70页直到1956年，人们一直认为孤立得多粒子系统总宇称是不随时间而改变，即守恒。对于基本物理相互作用而言，宇称守恒意味着，无法把左和右，以及顺时针和逆时针区分开来。人们一直认为，镜面反射对于物理定律没有影响所以仅靠物理定律测量无法把一个系统和他镜面反射像区分开来。第71页CPT对称物理学家李政道和杨振宁于1956年提出宇称并不总是守恒。对于亚原子粒子来说，四种基本相互作用中三个饰演着主要角色，即电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。李杨二人认为当前没有证据证实宇称守恒适合用于弱相互作用。关于弱相互作用基本定律并不像其它相互作用一样不受镜面反射影响。所以，弱相互作用应该包含有某种测量左手性和右手性之不一样性质，而这种性质应该能够用试验观察到。第二年（1957）试验上确定地证实了因为beta衰变（一个弱相互作用），不稳定钴原子核发射出来含有左手性电子（一同产生还有反中微子）多于具右手性。也就是说，电子自旋转动方向左螺旋多于右螺旋。第72页“ifsuchasymmetyisindeedfound,thequestioncouldstillberaisedwhethertherecouldnotexistcorrespondingelementaryparticlesexhibitingoppositesymmetry,suchthatinthebroadersensetherewillstillbeoverallright–leftsymmetry.”“假如发觉了这种不对称,那么我们又要问,是否对应地还存在着另一个表象相反不对称基本粒子行为,从而在更广泛意义上,依然保持着总左右对称.”_____李,杨对称缺损第73页关于相对论，爱因斯坦是怎样进行对称性思维呢？(1)面对著名迈克尔逊－莫雷试验结果：绝对时空(以太)绝正确空间对时间改变率――绝对速度。(2)对于惯性系:全部力学规律都是等价全部物理规律也是等价？(3)对于惯性系:全部力学规律经伽利略变换是对称全部物理规律要经过什么样变换才也是对称呢？

思想试验第74页(4)一惯性系物理规律能够等价于另一惯性系，一个加速系物理规律又能够等价于一个什么体系呢？(5)两惯性系物理规律对称性可经过洛仑兹变换，一个加速系与一个引力场系物理规律等价又应该经过什么变换呢？(6)即然广义协变性操作能使加速系与引力场对称，重力对电磁学影响，或是黑洞附近物理学，只要做个假想试验，回答已知物理学在作匀加速运动观察者看来会是什么样就能够了，而无须去黑洞旅行。第75页标度变换对称性

含有整体与部分自相同性

标度变换下不变性。第76页螺旋对称第77页三种美感:1.稳定感(家园感):对封闭,独立,可控体系向往,对绝对客体(权威)崇敬,皈依和敬畏.2)延伸感:无穷,无边,无数,无限,无穷,无数,无限------,人类思维活动本能惯性,引人进入高远明志梦境.3)节奏感:需要韵律享受----这可能起于生命律动:心跳和呼吸.宇宙脉搏,天地吐纳有其固有节奏和频率第78页稳定感三种美感之一第79页稳定感:(家园感)长久农业文明在人类审美心理上留存厚厚积淀中国长城,莱茵河畔古堡,北京四合院,-----“这位先生给人以安全感-----”从笛卡儿守恒观-----牛顿守恒定律-----宇宙有限-----电荷,质能恒定-----.使人深感物质世界实在,可知和稳定第80页世纪宝鼎庆贺联合国五十华诞”。鼎座前为“世纪宝鼎”四个金文大字。鼎座后面书写“中华人民共和国赠一九九五年十月”。整个宝鼎造型古朴，工艺精湛，堪称宏伟杰作。第81页新建教堂(法)第82页*人类太需要有个绝正确永恒“权威”供灵魂攀附和皈依.:那怕是虚:“上帝”,佛祖“,真主”,“太极”-----物理学家喜欢实:普朗克常数,光速,引力常数,电子电荷,-------.*当爱因斯坦用绝对光速取代牛顿绝对时空时,人们最终还是接收了,因为人们以为这只不过是以一个绝正确“最快”替换了原来心目中绝对“最大”.而“皈依“尚存,”绝对”依旧.第83页延伸感三种美感之二第84页延伸感:“落霞与孤鹜齐飞,秋水共长天一色”-王勃“欲穷千里目,更上一层楼”无数子波合成-----惠更斯原理任一热循环分解成无数个卡诺循环:熵第85页第86页第87页节奏感三种美感之三第88页“死亡意味着什么?”爱因斯坦脱口而出:“意味着再也听不莫扎特音乐了”.第89页

巴赫,