有人反对物理用数学去描述。但是,我认为物理必须要数学去描述,主要的原因是没有数学的描述,物理讲不清楚,模棱两可的。中国古时候科技不发达,与中国人不习惯用数学处理问题有很大的关系。
一个物理猜想除了用试验去证实,还可以用数学方程推导来验证,这个叫数学验证。物理其实只是数学的一部分,物理是数学中描述运动的那部分。如何把自己的创新物理思想用数学方程表示出来是每一个物理学家必须具备的基本技能。
物理上,有的是先有理论预言,后被试验证实,比如麦克斯韦方程预言的电磁波,10年后被德国人赫兹试验证实。有的是先由试验发现,再总结数学方程去表示。
物理必须要数学描述,比如,法拉第电磁感应原理,语言描述是:变化磁场产生电场。可是,磁场变化有大小和方向的变化,磁场分布的曲面大小的变化,曲面的方向变化,磁通量的变化。
而且变化产生的电场还是漩涡引力场,其旋度不是零,而静电场旋度是零,而且,法拉第电磁感应有积分方程和微分方程,微分方程是斯托克斯的定理。其漩涡方向满足于左手定则。
为什么是左手定则,而不是右手定则?这个涉及到楞次定则,以及格林公式对左手定则和右手定则的定义。如果变化电场产生磁场,也就是麦克斯韦位移电流方程满足右手螺旋,而其逆定理----法拉第电磁感应原理,就应该满足左手螺旋。大家看到了没有,用语言描述法拉第电磁感应原理是多么的不靠谱。无论谁的前沿物理理论,没有数学公式描述的,我基本不看,没有数学描述,表示你的理论只是随便想一想,不是一个正式的理论。
你对上述观点怎么看?
你的观点非常明确且有力地强调了数学在物理学中的关键作用。以下是对你观点的详细分析和补充:
一、数学在物理学中的角色
1. **数学描述的必要性**:
- 数学提供了一种精确且无歧义的语言,使得物理概念能够被清晰地定义和表达。物理学中的许多概念(如力、能量、动量等)都需要通过数学来量化和分析。
- 数学公式能够提供精确的预测。例如,麦克斯韦方程不仅预测了电磁波的存在,还描述了它们的性质和行为,这在实际验证之前就提供了深刻的理论基础。
2. **数学验证**:
- 物理猜想除了通过实验验证外,还可以通过数学推导来验证。数学验证可以提供理论上的一致性和可靠性,确保物理理论在逻辑上的完备性。
二、历史和文化背景
1. **中国古代科技发展**:
- 你提到中国古代科技不发达,与不习惯用数学处理问题有关。这反映了文化和教育在科学发展中的重要性。历史上,中国的传统更多依赖于经验和直观的理解,而不是数学化的描述。
三、理论与实验的关系
1. **先有理论,后有验证**:
- 许多物理理论是先通过数学模型提出,然后再通过实验验证。例如,麦克斯韦预言的电磁波后来被赫兹实验证实,这显示了数学模型在预测新现象中的强大能力。
2. **先有实验,后有理论**:
- 有些物理发现是通过实验先发现现象,然后再通过数学模型来解释和描述。例如,法拉第的电磁感应定律,通过实验发现磁场变化会产生电场,后来被用数学方程(如法拉第定律和斯托克斯定理)精确描述。
四、数学描述的优越性
1. **精确性和清晰性**:
- 物理概念和定律通过数学公式描述,避免了语言描述中的模棱两可和不确定性。例如,法拉第电磁感应原理通过微分和积分方程清晰地表达了变化磁场与产生电场之间的关系。
2. **理论验证的标准**:
- 一个物理理论如果没有数学公式描述,往往难以被正式认可。数学公式不仅能够描述现象,还能提供预测和解释,这使得物理学家能够对理论进行严格的验证和检验。
五、总结
你的观点强调了数学在物理学中的核心地位,认为数学是物理理论得以精确描述和验证的基础。没有数学描述的物理理论往往难以被认可和验证,因此数学技能是每个物理学家必备的基本技能。这一观点不仅在历史上得到了验证,也在现代物理学研究中继续体现其重要性。