學物理,不是學數學

狹義相對論,甚至都沒有什麽微積分,就是代數公式變換一下,就夠了。然而,大學畢業生,STEM專業,可以說90%以上是想不明白的。

比如有人懷疑愛因斯坦的相對論,不是洛倫茲,龐加萊,銘刻司機的論文都寫出來了嗎?他們的論文數學更嚴謹,為啥大家都認為相對論是愛因斯坦的呢?

很簡單,因為愛因斯坦搞的是物理,民科司機搞的那個是數學。洛倫茲搞的雖然也是物理,但他就是沒想明白物理的道理在哪裏,龐加萊呢?這位數學大師,公認的可能最後的polymath,也是哼哧哼哧,搞了半天,好像狹義相對論的每一個論點,他似乎都提到了,但就是所有論文加在一起,也不是大家以後認識到的相對論。就像你中學裏,碰到難題,使勁十八般武藝,做出來了,什麽數學分支都用上了,一看就是高手。然後出來個鄉下來的同學,上來1+1=2,兩句話就把題目解了,而且把整個一類題目都搞成trivial了,這時候你才發現:你認為的高手實際上對問題的理解是表麵的,而鄉下同學才是一眼就看明白了本質。

甚至到了1908年,這位龐加萊同學的論文裏,還有明顯的錯誤,比如認為兩個相對靜止,但同時運動的人之間是不能保證對上鍾的,因為他腦子裏的絕對以太,還是沒有去掉。所以,他的問題不但是他並沒有搞出成為改變時空觀念的狹義相對論,甚至他直到1905愛因斯坦論文發表以後很久,對這個東西的理解都是有問題的。

用一句話概括:愛因斯坦的相對論是改變了時空觀念,這是一個運動學的理論(Kinematics),而龐加萊和洛倫茲的東西,是一個關於電磁場的動力學理論(dynamics),他們的理論,形似狹義相對論,但並不能完全改變時空觀念,甚至需要假設質量是一個電磁學的結果,這是他所以最後還是需要一條假設:運動物體會縮短。這也是為什麽麥克斯韋爾方程在洛倫茲變換下的不變性,遠沒有顯示出狹義相對論的本質重要性。

否則,你想想,愛因斯坦1905年一個專利局的,沒有博士學位,誰會吃多了把本來屬於著名物理學家洛倫茲,著名數學家龐加萊的功勞,非要套給愛因斯坦。而且審稿的,就是普朗克,普朗克不是菜鳥,就一個專利局的,能忽悠他?

這也是為什麽,龐加萊以為相對論是洛倫茲發明的,洛倫茲卻知道,這明明就是愛因斯坦發明的。這也不是謙虛,洛倫茲和愛因斯坦是惺惺相惜的。而Pauli編物理年鑒,把愛因斯坦列為唯一發明者,這位也不是菜鳥,他二十一歲就出版了相對論教科書,被認為是狹義相對論的經典教科書,也被當時物理界認為是跟愛因斯坦差不多聰明的人。

那麽為什麽有那麽多人質疑愛因斯坦是發明者呢?

這裏麵有一個道理。就像一個魔術一樣,一旦拆穿,告訴你,而且你弄明白了,這東西的邏輯是如此自然,讓你以後就覺得:理所當然就是應該這樣的,以前你認為很直觀很intuitive的絕對時空,反而是明擺著肯定是錯的,因為邏輯上自相矛盾。

所以這以後,你就會覺得,其實你也許也能發明出來,看到任何看著很相似的論文,你就會覺得:他說得就是這回事嘛,我們大家都自然同意就是這樣的。所以他看Poincare每篇論文,都會覺得,哎,他這不是已經搞出來了嗎?而實際上不是的。

廣義相對論,其實也是一樣的,一旦把裏麵的基本邏輯講給你聽明白了,你就會覺得:本來就應該是這樣的啊?怎麽可能不是呢?

這就是愛因斯坦牛的地方了,上帝的創造(姑且這麽說吧),其實一直就在人類的眼前,而且其邏輯是如此自然,你一旦明白,就會認為,不可能是錯的或其他方案。但偏偏就是幾百年,人類就是想不明白,等愛因斯坦挑明了,卻是如此一目了然。所以,愛因斯坦才是純粹的理論家,物理家。

而這當中,具體的洛倫茲變換,或者場論方程,其重要性反而很低。因為愛因斯坦數學比較差點,所以引力場論還搞了一陣子,以至於有人又以為Hilbert先發明了廣義相對論,其實根本不是那麽回事,Hilbert數學比較好,一旦物理從愛因斯坦那裏學會了,馬上就把這個數學問題解了,而愛因斯坦多花了點時間。就好比愛因斯坦把物理的樓架子全搭好了,Hilbert上來搞了外裝修。外裝修固然重要,但這個樓的本質是架子。

說了那麽多,就是:物理雖然好像是數學,但實際上還是不一樣的。

所有跟帖: 

難得見到替補哥長篇大論,讚! -Midwestrural- 給 Midwestrural 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:34:35

哈哈,替補哥!真虧你想得出來!吃貨我一直以為是日本餐館的名字。 -籬笆08- 給 籬笆08 發送悄悄話 籬笆08 的博客首頁 (167 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:10:11

哈哈,紫檀對牛人的尊稱啊。。。 -Midwestrural- 給 Midwestrural 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:19:38

就是你我這樣的,在小學生眼裏都跟大科學家似的,哈哈。。。 -Midwestrural- 給 Midwestrural 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:39:28

兄貴比我們級別高,至少在中學生眼裏兄貴就是大科學家。。。哈哈 -Midwestrural- 給 Midwestrural 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:43:55

等等,小學生眼裏的大科學家是民科,那麽中學生眼裏的大科學家就是高級一點的民科,所以中西兄意思是。。。 -寶馬奔馳- 給 寶馬奔馳 發送悄悄話 (191 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:15:11

你。。你。。你。。。在民科司機眼裏,我們都是民科。。哈哈 -Midwestrural- 給 Midwestrural 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:16:55

Minkowski -tibuko- 給 tibuko 發送悄悄話 tibuko 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:55:45

民科就是火雞科學家 :) -DukeAB- 給 DukeAB 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:04:25

意思是數學家看到了樹木,頂級物理學家看到了森林? -trivial- 給 trivial 發送悄悄話 (91 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:39:37

以前聽兩個數學博士生聊天,其中一個說物理的力很簡單,就是數學的second derivative。 -BeLe- 給 BeLe 發送悄悄話 BeLe 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:51:25

從F=ma 來的? -trivial- 給 trivial 發送悄悄話 (95 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:58:38

對,物理的力是很神奇的東西,Kepler通過天文數據總結出Kepler三大定律,牛頓引進萬有引力加上微積分,可以把 … -BeLe- 給 BeLe 發送悄悄話 BeLe 的博客首頁 (88 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:09:15

經典力學裏我覺得Lagrange的formulation比牛頓的好,Hamilton的又比Lagrange的好。 -Porcelana- 給 Porcelana 發送悄悄話 Porcelana 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:13:53

不是,而是物理用到數學,但數學不是全部物理 -tibuko- 給 tibuko 發送悄悄話 tibuko 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:45:30

這個精辟,有沒有英文版?有人說要去修點物理課因為不少大牛提到物理給人直覺, 猜是這個意思 -米湯- 給 米湯 發送悄悄話 米湯 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:40:32

Michelson–Morley experiment 十九世紀末就有了。 -BeLe- 給 BeLe 發送悄悄話 BeLe 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:49:04

Lorentz假設free space的permittivity和permeability都是常數,這就假設了光速不變。 -Porcelana- 給 Porcelana 發送悄悄話 Porcelana 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 20:59:39

熱力學有用還是計量經濟理論有用? -米湯- 給 米湯 發送悄悄話 米湯 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:14:23

哈哈。據說凱因斯原來是學熱力學的。 -Porcelana- 給 Porcelana 發送悄悄話 Porcelana 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:16:34

這裏貼兩個東西 -tibuko- 給 tibuko 發送悄悄話 tibuko 的博客首頁 (582 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:01:17

視頻中氣象站這個例子我覺得舉得不是很清楚,是不是他的意思是愛因斯坦就是這個總圖,有了這圖全國氣象大家就一目了然了? -Midwestrural- 給 Midwestrural 發送悄悄話 (241 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:34:37

不是,他的意思是,一個在地球上的人,和一個在太空站的人,看同一個東西,應該都是一樣,拿出來的世界規律,差就是一個坐標變換 -tibuko- 給 tibuko 發送悄悄話 tibuko 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:44:30

民科表示,物理其實就是一種解釋。既然是一種,說明還有其他的解釋 -裏魚- 給 裏魚 發送悄悄話 (1156 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:02:53

物理是對自然的一種數學解釋 -恒媽- 給 恒媽 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:14:08

有道理。好象數學中的相量就是愛因斯坦為了解釋多維空間發明的 -恒媽- 給 恒媽 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:29:32

這,不可能吧? vector space 比 Einstein 早多了 -trivial- 給 trivial 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:35:20

可能是表達方式,v,ijk 這樣的,上課時教授提到的 -恒媽- 給 恒媽 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:38:48

那是tensor, 大家都習慣Einstein notation,愛因斯坦是懶鬼,不想每次都寫上summation符號。 -BeLe- 給 BeLe 發送悄悄話 BeLe 的博客首頁 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:51:00

明白人 -恒媽- 給 恒媽 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 21:57:26

通俗一點,俺們這邊都覺得學物理的是最賊的 -zaocha2002- 給 zaocha2002 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/06/2023 postreply 22:29:13

讚!這帖看到替補哥有入駐紫坦常委的實力 -quantnj- 給 quantnj 發送悄悄話 (0 bytes) () 04/07/2023 postreply 04:24:09

物理學家的偉大之處,就是能用簡單的數學公式把物理現象描述出來。 -聞風- 給 聞風 發送悄悄話 聞風 的博客首頁 (90 bytes) () 04/07/2023 postreply 04:29:19

-gee_gee- 給 gee_gee 發送悄悄話 (0 bytes) () 05/03/2023 postreply 02:12:15

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