科普!數學和物理在殘影空間上最大的區別是什麼呢?

2022年12月22日16:22:02 科學 1508


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數學和物理最大的區別是啥?數學是人類認識自然的工具,是我們和造物主對話的語言,是人類邏輯思維的符號。當我遇到一個物理現象的時候,我們首先要對它進行定性和定量的分析,並找出其所遵守的物理規律,然後進行數學建模,寫出描述這個物理系統的方程。然後你帶入一些特定條件的值,你很有可能會得到關於這個系統的多個數學解,但這些數學解中只有一個解描述了我們這個客觀的物理現實,這就是數學和物理最大的區別。

數學是抽象的邏輯思維,是人類認識自然的工具,物理是客觀現實,是描述客觀宇宙的一套理論,他只有一個解,只有一個確定的事實。比方說當我們抬頭看星空的時候,尤其是在北極進行長時間的延時攝影,如果從數學的角度分析的話,有兩種可能,一種是星空在轉,一種是地球在轉,但只有一個觀點,符合我們的物理現實。還有牛頓力學的所有數學公式在時間反演的狀態下都是成立的,這就意味着破鏡可以重圓,打碎的杯子可以自動地復原,這是真實的數學解。但當我們的物理現實中,時間是有箭頭的,他只能朝前發展,這就否定了破鏡重圓這個物理過程。

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數學的神奇之處在於,有時候某些物理過程他就是遵守某些方程的描述,這就說明了大自然是有規律可循的,可以被我們理解,可以被我們寫成數學語言。更加可憎的事,有些方程它並不是推導出來的,比如薛定諤方程,就是薛定諤在一個月黑風高的夜晚拼湊出來的,然後就成為了量子力學中的一個基本假設。他的 Ψ描述了微觀粒子隨時間的演化。這個Ψ作為薛定諤方程的數學解,一開始我們並不知道它的物理意義,薛定諤也不知道,最初他給出了一個錯誤的半經典解釋,最後由波恩才給出了正確的幾率解釋。波恩也因此在1954年就獲得了諾貝爾物理學獎

這也說明了數學和物理啊是有區別的,你會數學,就算你得出了正確的數學解,但是你沒有敏銳的物理直覺,你還是不知道這個解描述了怎樣的物理現實。相信大家還熟悉狄拉克預言正電子的故事,這也是數學解給出來的暗示。當時解除了四個份量對應了四個解,其中兩個解就對應了電子兩個這個自旋分量,這兩個解完全可以描述電子的運動,那另外兩個解就對應了負能量的情況。這才讓狄拉克預言了正電子的存在。

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