公式——物理学描述自然的“语句”

作者: 陈征, 屈真

来源: 中国物理学会期刊网

发布日期: 2022-08-09 11:47:57

本文探讨了物理学中的“公式”在描述自然中的作用,以及物理学家和普通人对“公式”感受的差异。文章通过比较自然语言和物理学语言的“语法”,阐述了物理量和公式在物理学中的角色,并分析了公式在物理学中的两大类型:定义和规律。最后,文章强调了理解公式对于深入物理学的重要性。

物理学家眼中的“公式”却是最优美的语言,一条公式胜过千言万语,简洁地完成了对大自然完备、精确地描述。为何物理学家和普通人对“公式”的感受有如此大的不同呢?很大程度上源于了解和学习物理的过程中遇到了“上屋藏梯”的情况。

自然语言的“语法”通常可以大致分为“词法”和“句法”两大部分,前者是按照一定规则构建“音、形、义”的结合体“词汇”来表达名称、动作、状态等基本语义;后者是将“词汇”按照一定规则排列组合形成“句子”来表达思想。

物理学的语言虽然和自然语言表面上看起来差异极大,但基本逻辑类似。物理学在描述自然的过程中,首先要建立描述研究对象各种状态、性质的量化指标——物理量,用简洁的字母、符号等作为其代号,这不也是一种“音、形、义”的结合体,是物理学语言的“词汇”吗?然后将物理量用各种算符连接成为等式或不等式来描述现象或规律,这不就是物理学的“句子”吗?

“公式”就是物理学描述自然的“句子”。当我们审视基础物理中的各种“公式”时,会发现它们其实只有两大类——“定义”和“规律”,分别“叙述”了两类不同的内容。

结 语

当我们用自然语言的视角来审视基础物理中常见的“公式”,把表示物理量的符号看做一个个“词汇”,由这些物理量通过相应的数学算符和规则连接成等式或不等式从而组成的公式看做“句子”,每一条公式无非就是阐述如何定量描述对象的某种性质,即定义物理量;或是阐述物理过程中不同物理性质之间精确定量的关联关系,即描述物理规律。

尝试用自然语言去完备、精确地描述这些信息,再和公式的描述方式做个对比,此时你便能感受到物理学家眼中公式的优美了。

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