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我们何时能写出伟大的方程? 精选

已有 7359 次阅读 2022-5-4 10:00 |个人分类:建言献策|系统分类:科研笔记

2004年,Physics World 以“简洁性”、“实用性”与“历史相关性”标准,评选出了史上最伟大的方程式,结果是麦克斯韦方程组、欧拉公式、牛顿第二定律、毕达哥拉斯定理、质能方程、薛定谔方程、1+1=2、德布罗意方程组、傅立叶变换、圆周公式榜上有名。2022年4月,加拿大圆周理论物理研究所,公布了最伟大物理方程的评选结果:诺特定理16个著名物理方程中脱颖而出获得唯一冠军(图1)

图1 各轮投票中的赢家

在我看来,上述方程都是伟大的,彰显了人类智慧,对认识自然意义非凡。我并不关注这些方程的名次;我关心的是,我国科学家何时能写出类似的伟大方程,以填补这方面的空白。

我们知道,客观事物的演变具有一定的规律性,而规律可用方程描述,正如狄拉克所指出的“自然的法则应该用优美的方程去描述。”方程的好处是,可量化已知量和未知量的关系,便于检验规律的正确性以免扯皮,还便于指导实践和预测未来。从亚里士多德、牛顿、爱因斯坦的时代直到今天,无数的方程展现了人们破解物质运动、光电闪耀、时空变幻等事物的不懈探索精神,是人类认识世界知识库的重要组成部分。

人们一般使用数学语言表述方程。关于此,普朗克曾强调:“数学语言奇迹般地适合于表述物理定律,它真是一件出人意外的美妙礼物。” 华罗庚悟道:“宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之变,生物之谜,日用之繁,无处不用数学。” 培根认为:“数学是打开科学大门的钥匙。”由此看来,要想写出优美的方程,必须学好数学且能灵活运用之。

那么,何谓伟大的方程呢?我觉得其应具有简洁、普适、重要和实用四个特点。前两个可不是我的原创观点,普朗克早就认为:“我以前同现在一样,相信物理定律越带普遍性,就越是简单。”

我国科学家要写出伟大的方程,须以好奇心探究支配事物演变的底层机制,须以工匠心筛选刻画该机制的主控变量,须以深厚的数学功底构建变量之间的量化关系,须以强壮的实证确认该关系的可靠性和普适性。如此,前景可期,大业将成矣。

“青椒”是科技创新的生力军,而今天恰逢五四青年节。趁此节日,我希望你们发扬解放思想、勇于探索、不断创新、追求真理等五四运动精神, 在谱写伟大方程的征途上大显身手。

参考(略)



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