科普!数学和物理在残影空间上最大的区别是什么呢?

2022年12月22日16:22:02 科学 1508


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数学和物理最大的区别是啥?数学是人类认识自然的工具,是我们和造物主对话的语言,是人类逻辑思维的符号。当我遇到一个物理现象的时候,我们首先要对它进行定性和定量的分析,并找出其所遵守的物理规律,然后进行数学建模,写出描述这个物理系统的方程。然后你带入一些特定条件的值,你很有可能会得到关于这个系统的多个数学解,但这些数学解中只有一个解描述了我们这个客观的物理现实,这就是数学和物理最大的区别。

数学是抽象的逻辑思维,是人类认识自然的工具,物理是客观现实,是描述客观宇宙的一套理论,他只有一个解,只有一个确定的事实。比方说当我们抬头看星空的时候,尤其是在北极进行长时间的延时摄影,如果从数学的角度分析的话,有两种可能,一种是星空在转,一种是地球在转,但只有一个观点,符合我们的物理现实。还有牛顿力学的所有数学公式在时间反演的状态下都是成立的,这就意味着破镜可以重圆,打碎的杯子可以自动地复原,这是真实的数学解。但当我们的物理现实中,时间是有箭头的,他只能朝前发展,这就否定了破镜重圆这个物理过程。

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数学的神奇之处在于,有时候某些物理过程他就是遵守某些方程的描述,这就说明了大自然是有规律可循的,可以被我们理解,可以被我们写成数学语言。更加可憎的事,有些方程它并不是推导出来的,比如薛定谔方程,就是薛定谔在一个月黑风高的夜晚拼凑出来的,然后就成为了量子力学中的一个基本假设。他的 Ψ描述了微观粒子随时间的演化。这个Ψ作为薛定谔方程的数学解,一开始我们并不知道它的物理意义,薛定谔也不知道,最初他给出了一个错误的半经典解释,最后由波恩才给出了正确的几率解释。波恩也因此在1954年就获得了诺贝尔物理学奖

这也说明了数学和物理啊是有区别的,你会数学,就算你得出了正确的数学解,但是你没有敏锐的物理直觉,你还是不知道这个解描述了怎样的物理现实。相信大家还熟悉狄拉克预言正电子的故事,这也是数学解给出来的暗示。当时解除了四个份量对应了四个解,其中两个解就对应了电子两个这个自旋分量,这两个解完全可以描述电子的运动,那另外两个解就对应了负能量的情况。这才让狄拉克预言了正电子的存在。

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