現代物理裡,簡潔與優美是否是衡量乙個理論的價值的重要標準?

時間 2021-05-29 22:43:30

1樓:二營長我是友軍啊

核心的理念往往是簡潔明瞭的,所以那些表示這個理念的公式也是簡潔優美的,但是應用到具體問題的時候通常不會那麼簡潔,有時甚至很複雜,比如牛頓力學在工程中的應用。另外,有個答主給出乙個很複雜的標準模型的哈密頓量,另外乙個也給出乙個,但是非常簡潔,大家趕緊去圍觀,看看是不是乙個表示基本觀點乙個應用到具體問題上

2樓:chris

看看朗道的書特別是力學那本你就知道什麼叫優美的理論了

3樓:鱉呀嘛鱉

有是肯定有,最經典的是黑體輻射公式。就是蒲朗克利用什麼內插法硬湊出來的公式,與實驗資料吻合程度極高。公式形式相當複雜。

物理學最重要的是尊重事實。理論推導出來是這樣,實驗檢驗通過,不管多複雜,這個目前是正確的。簡潔可以是一種追求,但絕對不是物理學發展的方向。

什麼推論和近似,推論是基於最簡潔的公設,得到的複雜的結論。沒聽說過會得到比公設還要簡潔的結論的。但是最終真正運用於生產實踐的還都是複雜的推論,因為現實總是比理論要複雜。

4樓:黑祭司

並不是。

現在崇拜一種稱為「複雜美」的東西,誰的公式不帶幾十個變數就被批很低階。別人越是看不懂,就越高階,越是難求解,就越真理。比如下面這個成為一些人的裝逼日常用圖——

求解?變分?不存在的,咱要的就是複雜美,解出來就不美了!!

邪教當道!

5樓:qcmsqas

我覺得,是的!優美簡潔是物理學理論的重要評價!這是有物理學中本質的原因的。

然而這只是表象,真正的內涵是:

物理學最重要的核心理論,一定是乙個理念,而不是複雜的數學。

物理學基本理論的推論或近似,必須讓人容易理解,否則沒有實用價值。

當然這一切優劣比較,都是建立在理論是正確的(符合實驗的)基礎上。錯的理論沒有來比的資格。

先說說核心理論:

物理學的終極目標,是找到一套理論,嚴格描述我們所處的宇宙,或者找到越來越精確的理論無限接近於嚴格描述。(引用自《時間簡史》)

所以我們追求的是「一套理論」解釋萬物。或者說,從盡量少的假設出發,描述整個宇宙。這盡量少的假設,就是我們追求的物理本源。

我的博士導師(理論物理研究者,國內也算挺強了)經常強調,我們做的是物理,不是數學,不是工程!這句話什麼意思呢?就是說,數學是工具,工程是實際應用,而物理,則是乙個一句話即可說清的理念,是人類對宇宙的理解。

跟物理學,尤其是理論物理的大牛交流的時候就發現,他們總能一句話就說清問題的所在,而我們向他解釋卻要解釋很多很久。這就是,他們掌握了「物理」的所在。

舉一些著名理論作為例子吧:

狹義相對論,提出的出發點是「任何慣性系都滿足完全相同的物理定律」+「麥克斯韋方程組是正確的」,這兩句話給出「任何慣性系中光速不變」。好了,狹義相對論就算寫一整本書,也不過是「任何慣性系中光速不變」的數學推論罷了。只要你承認光速不變,數學好一點,放棄伽利略變換的思維定式,就可以自己匯出洛倫茲變換,然後得到狹義相對論的所有結論。

廣義相對論,提出的出發點是「在離心作用下的座標系和某種對等的引力作用下的座標系滿足完全相同的物理定律」,也就是「一座標係內的任何實驗,無法判斷自己是在做曲線運動,還是在被大質量物體吸引」由此給出「物體受到引力作用而下落,其實是在彎曲的座標系內做曲線運動,等同於在平直的座標系內做直線運動」。你只要承認這句話,數學再好一點,去推導,就得到了愛因斯坦方程,就可以推出廣義相對論的大部分結論。

一次量子化理論粒子就是波,波長反比於動量(空間區域性),駐波態具有固定的能量。利用這條,湊出波函式滿足的微分方程,就得到了薛丁格方程。

然後本科的量子力學教材就是如何解這條方程了。

還有很多這樣的例子,幾乎所有的物理學根本性的理論,都是這樣從乙個簡單的假設推導出來的。理論物理的學習,就是重複從一句話推導出各種理論結論的過程。

對於乙個簡單的假設,一定有個對應的數學描述。數學上總結得好,這個描述就很簡潔,在物理學家眼裡,也就很「優美」。

上面說的洛倫茲變換,愛因斯坦方程,薛丁格方程,就是這些話推導出來的直接方程。

當然,有的推論也很優美,比如E=mC^2這條方程雖然是推論(可用光壓推物塊推導出來,用到了光的量子化和狹義相對論,以及動量守恆),但說明了質量的本質,是物理學根本性的理論。在更高深的理論裡,這條更加簡潔優美的公式,就代替了經典的動能公式和很多其他關於能量的公式,給出了更多更精確的結論。

於是我們看到,物理學的根本理論,大都是從乙個簡單的假設出發,自然有著更加簡潔優美的形式。這樣才能更接近從盡量少的假設出發,描述整個宇宙這個物理學終極目標。

世界上絕大部分理論物理研究者研究的,都不是物理的核心理論,而是它們的推論和近似(核心理論已經近百年沒突破過了)。那麼對於推論和近似,是不是越簡潔優美越好呢?當然是的!

推論和近似存在的價值,是讓基本物理核心理論,能用來解釋實驗,用來指導實際應用,從而造福人類。這就需要推論和近似,容易讓更多人(工程師甚至普通工人)理解和使用。如果不需要應用於生產生活,大家就繼續研究挖掘基本理論好了,幹嘛搞出那麼多推論和近似?

如果乙個近似理論或者推論,簡潔優美,那麼它比較容易理解和記憶,容易應用於生產生活中。而乙個複雜難看的近似理論或者推論,難以應用,價值就比較低。畢竟你是推論。。。

我曾經問過導師,「光學研究了這麼多年,不就是解麥克斯韋方程組嗎?現在計算機都能解得這麼好了,幹嘛要人來研究?」而這個問題的答案就是,計算機解出來的,都是複雜的,難以理解的數值結果,人們無法理解,就難以用於指導生產生活。

而人類推導出的簡潔,優美的推論,才能被更多人理解,才能有用!

舉兩個有用的近似和推論供大家欣賞:

(量子力學,固體物理)緊束縛近似:假設兩個勢阱附近的波函式緊緊束縛在勢阱周圍,使得它們共同決定的新波函式,可以用這兩個勢阱各自的波函式的線性疊加代替。(這個理論外行雖然看不懂,但是對於做固體理論方向的人來說,使得很多問題的解成為了可能,基本是很多固體方向的根基了。

而它應用的方向之一是半導體!!!重要程度就不用說了把。。。)

(電動力學,微波理論)多連通波導推論:多連通波導的最低階模式,是TEM模式,色散關係與真空光相同,場分布等同於對應體系的靜電解。(這個推論看起來很複雜,但是把複雜的波動問題歸結為簡單的靜電解,能簡化很多實際問題,更重要的是,這個推論給出了低頻通訊最完美的傳輸介質:

同軸電纜/波導)。

最後總結下

物理理論,是否簡潔優美,是衡量理論價值的重要標誌。

對於基本理論,簡潔優美,才更接近物理學的終極夢想,用盡量少的假設描述整個宇宙。

對於近似和推論,簡潔優美,才能易於更多人理解掌握,才能更好地用於生產生活從而造福人類!

6樓:yang

天行健君子所以自強不息。

規律就是規律,跟優美不優美一點關係都沒有

只是,你記住的是優美的,那些不優美的你就記不住了,千百條公式,你知道的都是優美的。

7樓:熬to success

為什麼這麼多人熱衷於公式的優美,簡潔。之所以你對那些優美的公式印象深刻,可能是潛意識裡你認為這個優美,簡潔和冥冥之中不可知的東西有關係,但是呢,哪有這麼多事,哪有這麼多優美簡潔,你的印象深刻是你選擇記憶的結果。關於流體力學,那不是一般繁瑣,不要告訴我,本來流體力學的公式很簡潔,只是沒找到!!!!!

8樓:

同樣有效的情況下當然是簡潔更美。如果你說其實黑洞可以從薛丁格方程裡推出來只需要加乙個可以理解的小項,那你肯定也是一夜成名了。

不同樣有效的情況下,肯定是選取更有效的。乙個有效的理論,怎麼看都是美的。光環效應是一方面,更主要的是一旦你有效,就會有很多人來給你修修補補拍馬屁。

向量形式之前的Maxwell 方程組多醜?醜沒關係,數學家就是學美容美髮的。這就好比乙個有錢的男人,再醜你也越看越美。

乙個沒錢的男人,再美你也越看越空虛

錢真的是衡量乙個人是否成功的標準嗎?

當然不是,如果有人告訴你錢是衡量一切的標準,並且給你講一堆例子的時候,他是在向你灌輸他主觀的 絕世真理 但是為了顯得自己客觀能夠說服你臣服於他的意識形態,所以他會找幾個身邊的例子來加強說服你的力度。當乙個絕對真理的答案出現的時候,是極具意識形態引導性和煽動性的,當然現在我們整個社會處於發展經濟的時代...

漢族真正成為乙個現代民族概念裡的 族 是在什麼時候?

知箇蛋乎 要說概念肯定是漢朝形成的。說是西方傳過來才有的漢族,這種人就他麼一群榆木疙瘩腦袋的蠢蛋。自己內部不需要但對外需要有個自稱,外人也需要對你有個稱呼。最簡單的就是用國名,朝廷名。秦朝太短,內部還沒有接受自己的身份。漢朝時間長,國家強盛,內部已經接受了自己的新身份。舉個例子,唐朝的那些胡人將領對...

乙個骨子裡是隱士的人,該如何在現代社會生活下去?

張XX 沒有強大的精神世界,不可能有人真的耐得住孤獨,與世隔絕只會把自己逼瘋。就精神世界的構建而言,我覺得隱士大概會是兩個樣子。其一,隱士至少要有過豐富的閱歷。比如JB那樣的,不到30歲,人生大起大落大起大落好幾輪 笑 其二自己與世隔絕就能構建起強大的精神世界,讓自己能夠在孤獨中也能不寂寞,基本上一...