关于这个问题,我首先引用霍金《大设计》一书中的观点:化学是一种有效的理论; 因为我们不能用很多很多的量子力学方程来描述化学反应的过程,所以我们需要像化学这样有效的理论。 在宏观层面描述化学反应的理论。 所以目前来说,化学不能统一到物理中化学物理专业是什么,也是没有意义的。
那么化学和物理有什么关系呢? 量子力学所描述的定律作用于微观世界的粒子,因此任何粒子的行为都受到这一基本定律的制约。 那么化学过程中物质的相互作用是通过微观视场中的许多粒子(原子核、电子等)来表示的。 化学反应的相互作用和出现是许多粒子行为的宏观结果。 可以说,物理学是化学的理论基石,化学反应也无法逃脱物理定律的约束。
那么化学和物理学中对粒子的研究有什么区别呢? 首先,标题的解释不恰当。 现代物理学的主要分支是宇宙学和量子力学。 宇宙学基于爱因斯坦的广义相对论。 它研究星系演化、黑洞演化、宇宙起源、时空结构等,研究宇宙最大宏观尺度上的现象。 引用我一个研究宇宙学的朋友的话:他对太阳系内的东西不感兴趣。 研究粒子的物理学是量子力学。 量子力学最杰出的结晶是标准模型,它有三个分支:量子力学电动力学(QED)、量子力学角动力学(QAD)和量子力学色动力学(QCD)。 ),标准模型包含第3族的12种基本粒子(电子、中微子、一对夸克)以及由它们组成的各种粒子,如常见的质子、中子、介子以及四大信使粒子(光子-电磁相互作用、引力子 - 万有引力,胶子 - 强相互作用,弱规范玻色子 - 弱相互作用)。 由此我们也可以看出物理学研究的粒子范畴是什么,即质子、中子尺度以下的粒子和基本粒子,而化学仍然停留在原子核、电子尺度以上。 从本质上讲化学物理专业是什么,化学反应只涉及电磁相互作用及其现象,而物理学则关注四种基本力在微观尺度上的表现。
所以,回到霍金的话,我们可以说化学反应是大量量子过程的集合,但我们不能用量子力学来描述化学反应。 化学是我们需要在更大范围内描述物质相互作用的有效理论。 在宏观尺度上,化学主要涉及热力学定律,而物理学中的热力学定律则是宏观领域的理论,描述大量粒子运动的统计特征。 然而,我们不可能用量子力学来描述热力学过程; 在微观尺度上,也即物理化学涉及到量子力学。 由于薛定谔方程描述的势阱的存在(当然理论解释不止一种),电子云如何分布,电子如何获得能量突破势阱成为自由电子,如以及电子云的分布。 如何使元素分子(或原子)具有某些特性,可以揭示化学反应的本质,但物理学家只负责做方程,并不关心解元素方程的结果。
那么终极理论(的)会取代或能够取代化学吗? 我的回答是,不。 正如B.格林在《优雅的宇宙》中所说,终极理论不会是所有科学的终点,而是所有科学的起点。 这将是人类文明真正进入文明状态的开始。 它是科学、技术的开端,是蓬勃思维的起点。