郭敦顒回答:
你是高一學生,能提出如此深刻的問題,真是難能可貴,并且是超前了。
的確很多數學定理和公式是從研究物理學而得到的,特別是因研究高等物理學而得到了一些高等數學定理和公式;反之,對高等數學的研究和應用更推動了物理學;自然所有自然科學,經濟學等無不與數學息息相關,數學是其它自然科學,經濟學等的基礎。
關于化學、物理學與數學相互間關系的討論與論述——
深夜來說說數學、物理和化學之間的關系
【Question 2: 化學反應的物理表述】
說到這里有很多喜歡找茬的孩紙有一套理論:“所有的化學反應本質都是粒子之間的相互作用,因此能用物理解釋。”理論上是這樣,但是誰也沒有通過量子物理計算出過氫氣和氧氣為什么會得到水。
而用數學來表述物理則容易的多。
問題出在哪里?
由于數學、物理和化學是三種不同的語言,他們之間的表述必然的存在一個“翻譯”的問題。
如果兩個語言本身具有相似的語法結構和詞匯,那他們之間的翻譯會比較容易——比如法語和西班牙語的互譯基本不算是問題。
但是如果兩個語言的語法差別極大,那么翻譯將會非常困難——比如漢語和英語;而且這里更加嚴重的問題是,這時的翻譯有時候會讓結果比原文更加復雜,甚至無法避免的改變原文某些細膩的表達。
幸運的是,數學和物理都具有公式化表達的語法結構,因此數學對物理的表述不但非常容易,而且是非常自然的——你能想象一個成文的物理定律沒有數學表達么?
但是不幸的是,化學和物理有完全不同的語法結構,雖然理論上他們之間的翻譯可行,但是現在再高明的翻譯家也無法翻譯一個最簡單的方程式——也許將來會出現這樣的翻譯家,但是這樣的譯本真的有實用價值么?當物理學家用一個月的時間精確計算出一個反應的產物的時候,化學家早就用一周的時間實驗+分析知道產物了。
既然這樣,物理定律表述下的化學反應毫無實用意義。
因此化學永遠不可能包含于物理之下。
為什么?兩個學科不論分離還是融合,最終的目的都是讓研究更加簡單——也就是“能量”盡可能的降低。
當化學被物理合并反而讓化學的研究更加糾結,這樣的合并價值何在?
【Question 3: 學科突破與大神】
在想明白上面的兩個問題之前,本鳥也為化學突破的終極方向在哪里迷茫過。
的確,物理電磁學家能用麥克斯韋方程組高度概括電磁學——這個結果卻是簡單而漂亮。
那化學呢?似乎除了熱力學和動力學那些東西,還真沒有一個什么數學表達式能概括起一個化學的分支。
這套理論在化吧已經被提起了多次,而這個理論持有者的論證結果就是——化學不會有本質的突破。
但是為什么一定要有數學表述?——因為物理的數學表述高度精簡,引起了各種突破性進展?——因為作為哺乳動物的海豚經過多年的進化能在水下呼吸,所以同樣作為哺乳動物的人類進化的終極目標也是能在水下呼吸?
這顯然不靠譜對吧。
海豚和人類通常都屬哺乳動物,但動物分類學上的相似性到此而止。
之后他們走了完全不同的進化道路,因而有了截然不同的特性。
之前已經說到,物理和化學是兩種擁有完全不同語法結構的表述自然的語言。
這個差異至關重要。
先回到比較熟悉的人類自然語言來看一下這個差異意味著什么。
Je t’aimerai是一句法語句子,這是西方諸多屈折語的一個代表。
最顯眼的動詞aimerai中,前三個字母aim已經表達了這個動詞本身的含義——愛——那erai是什么呢,這個結構僅僅表達此動詞發生在將來,動詞發出者是第一人稱單數,而且此動詞未完成。
不需要任何的時間助詞,這個句子就僅僅依靠動詞本身的變化表達出了將來的含義,這是一種簡潔——但是這種簡潔僅僅是給懂法語的人看的,你無法想象一個完全不懂法語的人能夠通過查詞典就能知道這句句子是將來時,其實你根本不可能在詞典上查到aimerai。
那中文呢?剛才那句話的中文翻譯是我將來也會愛你,注意這里的一個詞“將來”——雖然句子中動詞沒有任何詞尾變化,但是通過時間詞依然表達出了將來時的含義。
這何嘗不是另一種簡潔——雖然增加了一個詞,但是讓語言的初學者能夠通過簡單的查詞典的活動來確定句子的含義。
相比而言,物理更像前者——所有的物理定律都以一段極為抽象的編碼構成,你既需要理解這段編碼每個字母的含義——是磁感強度還是電場強度,又需要理解這段編碼是以怎樣的語法構成——是點積還是叉積還是別的什么。
而化學毫無疑問更像后者——沒有奇妙的語法,而通過簡單的圖畫和箭頭來表達深刻的內涵。
例如你理解一個有機反應的機理需要做什么?看清圖上標的箭頭的走向就好了
這個差異意味著什么呢?意味著物理會有嚴格的數學表述——這產生了大名鼎鼎的麥克斯韋方程組,薛定諤方程,牛頓力學,相對論。
而化學很少有數學表述,大多情況下是機理圖,這給人有一種錯覺,也就是化學沒有物理來的精妙——但是有多少人知道,鹵代烴的取代、Aldol縮合等反應在親核機理提出前幾十年就被發現了,而親核機理的提出則是對這些反應高度精簡的概括——這和Maxwell方程組同意電磁理論有什么本質的區別呢。
物理的突破方向在于找到更多的數學表達來完善自己的理論。
而化學的突破方向在于找到更多的機理圖來完善自己的理論(雖然元素化學現在似乎沒有簡單的通式性的機理,但鳥相信是有的,只是沒有發現,而一旦發現必將驚天動地)。
這只是兩種不同的語法罷了。
很多人看的就是個表面而已,膚淺至極,又迫于表述自己宏大的觀點,因此也看不見太多深層的東西。
化學很多很多的東西都是獨立的,不依附于他人的。
如果黑化學是因為化學部分基于其他學科,真心呵呵了。
這東西,高中生特喜歡討論,低年級本科生也是。
可悲的是這二者的特點都是處世不深,學藝不精型,未曾見識過化學,物理,數學等學科的博大精深。
提出的論點也就是相當膚淺,不足為據了。
前面提到的薛定諤方程是化學中的重要數學公式(你需到大二才能理解,可是現在你才高一呀)。
說點高中化學中與數學相關的較重要的公式吧:
PH=-lg[H+]。
追問
知乎抄的吧?
追答的確,是抄了相當多的部分,并且給出了網址和標題——
深夜來說說數學、物理和化學之間的關系
Question
學會從網上或其它書籍上學習復制摘抄引用自己需要的東西,并且能辨別是非,這要有相當的水平,也是判斷一個人是否成熟的表現。
有不少人大學畢業了還沒掌握這種本領,他們離開老師離開別人的幫助則難有所為,這是一種悲哀!
在我給你的回答中,誠然是抄了(引用了)相當多的部分,但回答的主題思想卻是個人的,反映在:
1,首先的論述——“你是高一學生,能提出如此深刻的問題,真是難能可貴,并且是超前了。
的確很多數學定理和公式是從研究物理學而得到的,特別是因研究高等物理學而得到了一些高等數學定理和公式;反之,對高等數學的研究和應用更推動了物理學;自然所有自然科學,經濟學等無不與數學息息相關,數學是其它自然科學,經濟學等的基礎。
關于化學、物理學與數學相互間關系的討論與論述——”
2,最后提出;“前面提到的薛定諤方程是化學中的重要數學公式(你需到大二才能理解,可是現在你才高一呀)。
說點高中化學中與數學相關的較重要的公式吧:
PH=-lg[H+]。”
3,贊同了Question的觀點。
Question的論述你未必都能看懂,故有“前面提到的薛定諤方程是化學中的重要數學公式(你需到大二才能理解,可是現在你才高一呀)”,你看不懂的應該說還有很多。
所以說“你是高一學生,能提出如此深刻的問題,真是難能可貴,并且是超前了。”是說你提的問題涉及到很多你未學過的超前內容。
怎樣回答都難以讓你滿意,只能是留待之后你的知識增加了,閱歷豐富了,這問題會自然得解。
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