我是物理系学生,但是我接受不了各种数学近似,怎么办?
更新于:2025-04-12 09:08:12

Physics is all about approximations:这是我给研究生上课的时候,讲的一条“principle”。

再买一送一,我再给你课上的第二条“原则”。如下图所示:世上有两类物理学家,一类认为一切皆是自旋,另一类认为一切皆是振子。这两个原则的合理使用,可以让我们在处理各种未知物理现象的时候,总能有迹可循,并形成自己的taste。

当我们从基本方程出发的时候,我们常常认为基本方程有严格解,这件事儿是“严格的”。但是基本方程,比如F=ma, Maxwell,薛定谔或者Dirac等方程,尽管可以解释万事万物,但是万事万物的丰富性和复杂性,却不是“严格解”给出来的。反而是“基本方程”+“合适的近似”,才给了我们万事万物。这个近似,不是我们的“拐杖”,而是我们的“脊骨”。正是这个“近似”才会得到一个物理现象,因为近似,让我们看见主要矛盾,忽略其次因素,从而感受到普遍的物理规律,发现真正的物理现象。而真正的物理现象,恰恰绑定着一个“强的近似”!

更激进一点来说,我们可以认为“基本方程”本身也是一种近似。比如我们从相对论力学蜕化到非相对论的牛顿力学,从相对论的Dirac方程到非相对论的薛定谔方程。甚至我们从最小作用量原理推导Euler-Lagrange方程时也是丢掉很多很多项,比如表面项等。那么最小作用量原理( \delta S=0 )是否就是最基本的方程呢?完全不是。有两个原因:第一,作用量S的构造是非常任意的,注意它不是说”随意“,而是说作用量的构造是一种”艺术“,是一种物理的考量。第二,为什么作用量只取一条trajectory呢?我们可以构造一个path integral把所有的轨迹的共享都考虑进去呀?这个时候 \delta S=0 ,只是给了最大的贡献罢,其他 \delta S\neq 0 的贡献就是经典力学”近似过程中的牺牲品“。

当然,严格解是有意义的,第一它是一种爱好,也可以催生新的数学表示。然后我的看法是,严格解的意义是为了让我们理解不同近似之间的相通之处,理解不同物理之间的相同之处。

最后,我相信不会近似的数学家,不是好的物理学家。千万不要迷恋严格解,这并不是数学,数学也是一种”近似“。然后我这话是不对的,我并不从事数学研究,这种泛化的看法,纯粹是一种偏见。

但我坚持己见!