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朗道谈理论物理 精选

已有 11623 次阅读 2014-10-6 12:38 |个人分类:转发|系统分类:观点评述|关键词:理论物理,center,物理学,style,文章| 物理学, 文章, style, center, 理论物理

注:这篇文章是朗道所著的《理论物理学教程》第一卷力学的第一版的序言。在其中朗道介绍了什么是理论物理以及理论物理与实验物理的区别。由于朗道是理论物理的大家,因此看他的文章,可以对理论物理的方法有更好的了解。

理论物理学教程.力学

众所周知,物理学是由实验物理和理论物理两个学科组成的。我们已知的大量物理定律可以由为数不多的最一般规律推演出来。这样的推演和最一般规律的建立需要独特的方法,这些构成了特别的学科——理论物理学的任务。


理论物理利用数学手段和方法得出自己的结果和结论,但理论物理与数学的截然不同在于前者与实验结果的直接联系,且不说最一般的规律的建立只能以实验数据为基础,甚至从一般规律中得到推论也需要对现象做预先的实验研究,没有这样的实验研究,就无法从大量参与因素中判断哪些因素是重要的,哪些因素是可以忽略的。在得到只考虑重要因素的方程之后,从本质上说理论物理的任务就基本完成了。进一步应用这些方程式于复杂程度不同的具体情况很快成为数学的研究对象,由称为数学物理的一个数学分支来研究。


理论物理的目标是建立物理定律,即建立物理量之间的关系。确定物理量的具体数值一般不是理论物理的任务,实验在处理这些问题方面相对比较容易,因为在绝大多数情况下,实验不必进行话费大量时间和人力的类似的计算。当然,用理论可以直接算出数值的简单情况除外(朗道在写这个序言是1940年,那时的计算手段十分落后,所以数值计算比实验还要困难,但现在由于计算机技术的迅速发展,使得计算水平相比较以前有了大幅提升,因此才会出现“计算物理”这样的专门学科,并使得物理学变成了“理论-实验-计算”三位一体的研究体系


必须指出,由于理论物理的任务是建立刻画给定现象的物理量之间的联系,因此只有在自然界确实存在这种联系时,才能建立理论。但是,经常是我们感兴趣的物理量之间毫无关系,亦即在不同的自然现象中可以在极为不同的组合中遇到这些物理量。因此,缺乏某个现象的理论并不意味着它无法解释。如同在其他情况下规律性可以由最一般的规律得出的一样,在这种情况下不存在规律性的结论也能从最一般的规律得出。


近似分析在理论物理中起着极大的作用。首先,所有精确的规律都是近似的,尽管在绝大多数情况下这种近似给出的精确度非常高。其次,对物理规律并没有绝对精确的要求。如果事先确定了某个现象的研究范围,给出的规律只要满足问题所设的精度要求也就足够。因此,我们仍然使用牛顿力学来研究炮弹的运动,尽管我们不仅知道这个力学不是绝对精确的,而且我们也掌握了更加精确的相对论力学。


正因为如此,在理论物理中有一些早已经被证实但不大精确的理论(称为经典理论)与精确理论并存并且和睦相处,这是因为它们对于现象的特定研究范围仍然具有应用价值。任何逻辑上封闭的、其真实性在一定精确程度上被实验所证实的理论永远不会失去价值,而作为特殊情况下成立的近似结果被所有后来更为精确的理论所包含。当然,这不包括那些存在内在矛盾的理论,它们仅仅在理论物理发展的某一个阶段具有价值。


由此可见,近似在一般物理理论中起着重要作用,在从一般规律推导具体规律的过程中其作用也毫不逊色。考虑非重要因素的过于精确的计算不仅会使得计算结果毫无价值的复杂化,甚至还会导致存在于现象中的规律被忽视。事实上不仅规律的具体形式是近似的,而且刻画现象的物理量之间的函数关系也是近似的,超出给定精度极限,这些物理量的关系可能是任意的


确定所研究现象的近似程度在理论研究中是极端重要的。最严重的错误是,采用非常精确的理论并详细计算所有的细节修正,同时却忽略了比它们大得多的物理量。


朗道

1940年。




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