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数学和数学的界限在哪儿?

2023-10-31 22:18:16信息公告32

“阿基米德,职业:科学家、数学家、物理学家”;oiH物理好资源网(原物理ok网)

“笛卡尔,职业:哲学家、物理学家、数学家”;oiH物理好资源网(原物理ok网)

“艾萨克·牛顿,职业:化学学家、数学家”;oiH物理好资源网(原物理ok网)

“斯蒂芬·威廉·霍金,职业:化学学家、宇宙学家、数学家”。oiH物理好资源网(原物理ok网)

这是百科对几位伟大科学家的职业描述。从中我们不难发觉,数学跟物理总是同时出现,许多化学学家同时也是物理家,而许多物理家也是化学学家。你可千万不要问“物理和物理,那个更重要?”这种问题,否则你将导致化学系和物理系的世纪大战。但你可以如此问:“数学和数学的界限在那里?”oiH物理好资源网(原物理ok网)

预测和否认预测oiH物理好资源网(原物理ok网)

做一件很简单的事情:扔一个球。假如你晓得它扔出的位置和速率等,你就可以用数学得到它落地的具体位置。并且,假如你只是写出球扔出去后的运动轨迹的物理公式,并解出这个公式,你会得到两个答案:一个负数和一个正数,它们都对应着球落地的具体位置,但方向相反。又例如,当我问你“4的平方根是多少?”的时侯,你可能会下意识地觉得答案是2,但答案也可能是-2。oiH物理好资源网(原物理ok网)

这可能就是物理和数学的最大区别:物理具有很大的不确定性,它只预测可能的解是哪些,而数学是帮助你得到具体的解。所以物理是帮助解决数学问题的工具,非常是当你步入广义相对论或则量子理论,甚至是更遥远的宇宙暴胀理论、额外维度音阶理论的世界时,会发觉它们都有描述它们本身的物理模型。oiH物理好资源网(原物理ok网)

从另外一方面说,数学是拿来描述现实宇宙的,所以假如你拿不出任何在数学上可观测的、符合这种物理模型的量,这种物理模型将永远是理论模型,它们是难以用于描述现实宇宙的。举个事例,弦理论其实可能是解决万物之谜的一套理论,但它仍然没有得到相关的实验预测,即一些符合弦理论的现实观测量,但是就连爱因斯坦都未能证明它,所以它目前仍然被牢牢地放在理论化学的领域中,难以称之为定论。oiH物理好资源网(原物理ok网)

角动量定理的推导_角动量的推导过程_角动量定理公式推导oiH物理好资源网(原物理ok网)

相反地,一些可以得到现实观测量的理论也许可以成为定论。例如,暴胀理论是英国宇宙学家阿兰·古斯在1981年提出的一个描述宇宙的理论。此理论强调,初期宇宙在10-36秒~10-32秒这段时间里,以指数倍的方式发生膨胀,宇宙膨胀速率在暴胀结束后变慢。在暴胀理论中,有各类各样的物理预测,其中一个就是量子涨落。oiH物理好资源网(原物理ok网)

在暴胀过程中,量子涨落(一个点的能量的暂时变化即能量波动)也会发生“暴胀”。暴胀前的宇宙如同一个没有充气的汽球,量子涨落则是汽球表面的一个特别小的点。当宇宙发生暴胀,汽球充气,暴胀如同一个放大镜,放大了汽球上的点即量子涨落。结合暴胀理论,被放大的量子涨落最终导致了宇宙微波背景幅射的微小气温波动。oiH物理好资源网(原物理ok网)

宇宙微波背景被觉得是宇宙大爆燃遗留出来的幅射,或则说是大爆燃遗留出来的热量。最初,宇宙气温极高,随着宇宙的膨胀才渐渐减少,目前观测的宇宙气温只比绝对零度高出了2.725摄氏度左右。宇宙微波背景的气温在整个宇宙几乎是均匀的,用十分精密的侦测器能够观测到微小的波动,这种波动可能由量子涨落造成。oiH物理好资源网(原物理ok网)

许多年后,在宇宙背景侦测器(COBE)、威尔金森微波各向异性侦测器(WMAP)和普朗克卫星()等仪器的数学观测结果帮助下,才间接验证了1981年的这一伟大预测,因而暴胀理论用于描述现实宇宙的可能性要比弦理论大好多。oiH物理好资源网(原物理ok网)

简单来说,任何拿来描述预测或描述可能性的物理模型,常常须要联系化学的客观可观测量才会被否认或用于描述现实。oiH物理好资源网(原物理ok网)

用物理推论化学oiH物理好资源网(原物理ok网)

守恒定理可能是你能想到的最基础的定理了,例如能量守恒定理、动量守恒定理和角动量守恒定理。但是你错了,这种守恒定理是一个物理定律的推论结果,它就是诺特定律,同时它也是理论化学的中心理论之一,这样物理和化学又有了一层复杂关系。诺特定律告诉我们:每一个连续对称,都对应一个守恒量。oiH物理好资源网(原物理ok网)

这是哪些意思?好吧,假如没有一些具体解释的话,可能好多人都看不懂。这么,如今就来解释一下吧。oiH物理好资源网(原物理ok网)

首先,对称是哪些?简单来说,假如你对某个物体进行一些操作,在这种操作以后,它看起来和之前一样,这么这个物体就是对称的。想像一下,在脸的中间放置一面穿衣镜,穿衣镜里的脸和你的脸应当是对称的;一些麻将牌在旋转180度后,和原先的麻将牌也是对称的。但那些都是离散对称,它们只沿单一的轴或在特殊旋转角度下对称,假如把麻将牌旋转90度,和原先的麻将牌就不是对称的了。而诺特定律中,讲的是连续对称——在任一轴和任一旋转角度下都是对称的,例如一个完美的圆球无论旋转多少度,和原先的圆球永远对称。oiH物理好资源网(原物理ok网)

我们以动量守恒定理来举例。动量守恒定理是在空间平移对称性的基础上推论下来的——根据诺特定律角动量定理公式推导,由于空间平移对称,所以必将有一个守恒量,而这个守恒量就是动量。空间平移对称性指的是数学规律并不依赖于空间座标原点的选择,将空间平移后化学规律不会改变。形象地说,如果中学里有两个实验室,一个在北面角动量定理公式推导,一个在南边,而你在两个实验室做同个实验,你得到的结果必然是一样的。最简单的动量守恒实验莫过分在不同的实验室里,让两个不同质量的小球以不同的速率翻车。通过精确的估算,你会发觉碰撞前后,两个小球质量和速率的乘积之和是不变的,而质量和速率的乘积就是动量——这就是动量守恒定理。oiH物理好资源网(原物理ok网)

物理是解决数学的工具oiH物理好资源网(原物理ok网)

语文在化学中是有用的,这并不奇怪。当我们须要检测和估算化学公式时,物理是必不可少的工具。oiH物理好资源网(原物理ok网)

这儿有一个关于广义相对论的有趣故事。1912年,当时的爱因斯坦正酝酿着一个颠覆性的理论——广义相对论,此理论断言,大质量的物感受扭曲时空。但爱因斯坦在怎么叙述它上遇见了困局。这时,爱因斯坦发觉,由物理家伯恩哈德·黎曼提出的曲率几何概念正是他须要的。黎曼几何赋于了爱因斯坦一个强悍的物理基础,使他建立出了广义相对论的确切方程。oiH物理好资源网(原物理ok网)

这个故事一定很让物理家们倍感骄傲。在这个故事里,物理如同是化学的灯塔和引路人,在困难的时侯给数学带去了光明与方向。但从中我们也可以见到,物理更像是解决化学的工具,学习这种工具会让解决数学问题显得愈发容易。Sin30º你晓得吧?它虽然也是一个物理工具,当你在估算化学问题时,你总得先估算它,就能得到其他相关的具体量。oiH物理好资源网(原物理ok网)

为此,物理如同铁钉、木板、锤子和凿子,化学如同一栋房屋,为了得到这栋房屋,不仅将所有材料组合在一起之外,还须要铁钉、木板、锤子和凿子等工具来固定它,即物理是数学的工具。oiH物理好资源网(原物理ok网)

这么你晓得物理和数学的界限在那里了吗?假如你能确切地描述宇宙,并能对它进行客观的检测和观察,你就是数学学。假如你的多项式不能和任何的观测结果联系上去,这么你将牢牢地置身于物理领域;物理可以描述化学,也可以推论数学,解决数学问题……oiH物理好资源网(原物理ok网)

关于怎么划分物理和数学,你有哪些看法呢?oiH物理好资源网(原物理ok网)