翻译:努尔
审查:
“关于化学与物理关系的一些思考”。
1965年,理查德·费曼在康奈尔学院做了一系列关于“物理与物理的关系”的讲座。 被称为“最伟大的讲师”的费曼先生在这里提到了他认为化学和物理之间的主要区别。 他的观点可以概括为以下几点。
认识论差异
“数学家研究这些可以‘使用’的具体推论,尽管他们不知道它们可以‘使用’在哪里。”
首先,费曼强调了这些语言学习者量子物理是什么专业学的,特别是一些形而上学家(代表一些借助物理方法研究物理的物理学家)在认识论上的差异。
物理学家只处理推理的结构,而不处理推理的内容。 正如他们自己所说,他们不需要知道自己在说什么,也不需要知道自己所说的是否属实。
接下来,他描述了一般系统的估计性能以及某些机器可以推导出人类难以理解的规律的可能性:
现在,想象一下,如果你谈论一条法律并说“某某就是这样”和“某某就是那样”,会发生什么? 事实上,我们不知道“某某”代表什么,但这句话的逻辑是可以理解的。
也就是说,如果有关法律的陈述是真实的(即,被准确且完整地陈述),那么以这种方式推理的人不一定需要理解这样一个词的含义。
他还可以使用相同的语言得出新的推论。 例如,如果法律中使用了短语:三角形,那么在推论中就会出现三角形的描述。 进行推理的人不一定需要知道哪些是三角形。 而且,他可能会读完法律并说:“哦,三角形是具有三个边的东西,等等。” 所以你明白了这个事实。
换句话说,它是这样说的:物理学家研究这些可以“使用”的具体推论。
这与物理方面的认知论形成了鲜明的对比:
化学家认为所有的文字都很重要。 许多非物理学出身的化学家没有意识到的一件非常重要的事情是,数学不是物理学,物理学也不是数学。 但他们可以互相帮助。
但是,您需要了解短语与现实世界的关系。 必要时还得转化为实际问题和实验,并在实验室进行验证,以证明其结果是否正确。 这确实不是物理学需要研究的问题。
化学和物理之间的另一层关系是物理推理在现实中发挥着巨大的作用并应用于数学。 有时,化学家的推论对数学也有帮助。
到目前为止,费曼还没有进一步解释,一个相关的例子是爱德华·威滕的正能量定律(他因此获得了菲尔兹奖)。 在一篇讨论爱德华·威滕 ( ) 工作的论文中,物理学家迈克尔·阿提亚 ( ) 继续描述了其对数学的重要性:
他用物理学解释化学思想的能力是不可思议的。 他将数学的深刻见解应用到新的、深刻的物理理论中,一次又一次地让物理学界感到惊讶。 他对数学界产生了深远的影响。 在他的手中,数学再次为物理学提供了灵感和洞察。
——迈克尔·阿提亚
适用性不同
“数学家喜欢让他们的结果显得尽可能笼统。”
费曼接着以一种诙谐的方式讨论了物理学的应用,这些应用常常与大多数化学家的兴趣形成鲜明对比:
如果你说,“这是一个三维空间”,并向物理学家询问有关它的定律,他们会说,“看,如果有一个 n 维空间,那就有 X 定律。” “但是,我只是想知道三维空间……” “所以假设n = 3!” 事实证明,它们比许多复杂的法律要简单得多,因为它们恰好是特殊情况。 化学家总是对个别特殊情况情有独钟。
化学家对通常的情况不感兴趣,总是在阐述这些具体问题,而不是具体讨论事物。 他知道要讨论什么,比如他想讨论万有引力,但他不想讨论任何力的情况,只想讨论万有引力。
事实上,由于物理学家为更普遍的问题提出了定律,因此当应用于具体问题时,它们就失去了普遍性。 后来我总发现很多“可怜”的化学家转身说:“请问,你能告诉我关于四维的事吗……”
直觉和严谨
“‘可怜的’数学家没有直觉来指导他们,只有严格、精确的物理证据。”
费曼接着提到了这两个学科的发现过程,并指出化学家的优势在于,总的来说,他们的学科是实用的而不是纯粹具体的:
当你知道你在说什么时——它是力、质量、惯性等等——你就可以使用一系列常识、对世界的经验认知。 当你对事物了解得越多,或多或少,你就能知道现象的行为模式。
但“可怜的”数学家在直觉的指导下,却以严格、仔细、精确的物理证据,把它变成了对他来说毫无意义的符号和多项式。
由于化学家或多或少知道一些答案的走向,他们会突然出现并给出一些猜测,然后将剩下的留给物理学家。
物理学的精确严谨性在数学中没有多大用处,对现代物理学公理的思维方式也没有多大用处。 今天,物理学家可以为所欲为,人们不应该批评他们,因为他们不是数学的奴隶。 不能仅仅因为这对我们有用,他们就必须这样做。 他们可以做他们想做的事,这是他们自己的工作,如果你需要别的东西,请你自己做。
费曼在这里认为,由于化学研究自然现象,人类对此有一定的直觉。 这与描述单个物理定律的发现形成鲜明对比,包括约翰·福布斯·纳什对非线性偏微分多项式的发现:
20 世纪 50 年代的物理学家已经知道如何使用计算机来解决普通微分多项式 (ODE) 的相当繁琐的过程。 并且还没有找到解决非线性偏微分多项式的确切方法,例如在喷气机底盘的湍流运动中出现的问题。
然而,到了1958年,纳什能否按照他发现的方式得到基本存在、唯一连续的规律。 令人惊讶的是量子物理是什么专业学的,这涉及到“将非线性多项式转换为线性多项式,然后用非线性求解它们”,据彼得·拉克斯说,这是以前没有人想到的“天才之举”。 对于这项技术,隆德物理学家、偏微分方程专家拉斯·戈丁立即表示:“要做到这一点,你必须是天才。”
论模型的实用性
费曼接着讨论了数学模型的有用性,以及新发现中“似乎”缺失的好处:
下一个问题是,当我们尝试发现新定理时,我们是否可以做出一些猜测? 能够运用直觉和哲学原理等,比如“我不喜欢最低限度的原则,我喜欢最低限度的控制”或“我喜欢或不喜欢长期影响”。
问题是模型在多大程度上有帮助,这是一件非常有趣的事情。 模型往往很有帮助,数学老师经常教中学生模型的使用,以及如何通过模型对事物的发展有清晰的数学直觉。
然而,最伟大的发现总是来自模型。 它从不做任何具体的事情。 麦克斯韦的电热理论首先源自滑轮上的一系列假想轮子和空气中的磁场。 如果去掉所有的滑轮和磁场,这就是电热的具体理论。 狄拉克可以通过猜测多项式推导出正确的相对论量子热定律。
猜测多项式的方式似乎是猜测新定律的有效方法。 这再次表明,物理学是描述自然的深层方式,试图用哲学原理或直观的机械感受来描述它并不是有效的方式。
物理和数学的应用
为什么要花费如此多的精力来研究短时间、短空间的发展过程呢?
奇怪的是,费曼接着预言,在未来的某一天,世界的本质将不会用物理学的语言来表达,而是会有另一种方式来表达自然的运作,这需要少量的计算:
我必须说,我经常假设数学的终结将不再需要物理陈述,并且潜在的机制将在未来被揭示。 令我困扰的是,虽然目前存在很多问题,但根据现行法律和我们的经验,无论研究的领域多么小、时间多么短,都需要无限的估计时间和逻辑概念来描述这一点。问题。
那么,小空间里的一切逻辑是什么呢? 为什么需要无限的逻辑来理解它的发展? 出于这个原因,我假设所有的法则都会像国际象棋一样简单,而所有的复杂性都归因于规模的差异。
不过,这和其他人的预测本质上是一样的。 就像有人说:“我喜欢这个”“你不喜欢这个”有很大的偏见,这对科学研究不利。
身体需要
费曼在讨论数学中的物理时继续引用詹姆斯·简斯和化学物理学家兼诗人查尔斯·珀西·斯诺的论文《两种文化》:
总而言之,詹姆斯说:“最伟大的建筑师似乎是物理学家,因为不懂语言的人很难深入、全面地欣赏自然之美。”
斯诺讨论了两种文化(建筑和物理学)。 这两种文化区分了两种人:一种人对物理学的了解足够长,能够揭示自然之美,另一种人则不然。
尽管语言对某些人来说很难,但不幸的是,他必须学习物理。 当一位君主试图向欧几里得学习几何时,他也抱怨物理很难,欧几里得说:“几何学没有捷径。”
关于沟通
事实上,由于视野有限,允许一些人认为宇宙的中心是人。 (有些人被允许有“狭隘”的思维。)
最后,费曼建议化学家需要掌握物理学才能对自然做出新的发现,并指出物理学在我们当前对世界的理解的发展中发挥着重要作用:
作为研究过这些东西的人,我们无法用“我们拥有的语言”来理解自然。 想要探讨自然、欣赏自然、理解自然,就需要学习自然的语言,而自然只有用自己的声音来表达她的意志。
我们不能迂腐到在引起人们注意之前就要求自然改变。 在我看来,你提出的所有聪明的论点对聋人来说几乎没有什么影响。 世界上所有聪明的论据都无法说服“另一种文化”。
这些哲学家试图定性地告诉你事物的本质。 我试图向你描述它,但我无法完全描述它。 这是因为“文化不同”,这些不同的交流无异于对牛弹琴。
所以,由于视野的限制,我们让人们想象宇宙的中心是人。
费曼演讲原视频
原文链接:
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