“物理的本质是数学”和“数学是物理的工具”,哪一种说法更正确?( 二 )


在暴胀过程中 , 量子涨落(一个点的能量的暂时变化即能量波动)也会发生“暴胀” 。暴胀前的宇宙就像一个没有充气的气球 , 量子涨落则是气球表面的一个非常小的点 。当宇宙发生暴胀 , 气球充气 , 暴胀就像一个放大镜 , 放大了气球上的点即量子涨落 。结合暴胀理论 , 被放大的量子涨落最终引起了宇宙微波背景辐射的微小温度波动 。宇宙微波背景被认为是宇宙大爆炸遗留下来的辐射 , 或者说是大爆炸遗留下来的热量 。最初 , 宇宙温度极高 , 随着宇宙的膨胀才逐渐降低 , 目前观测的宇宙温度只比绝对零度高出了2.725摄氏度左右 。宇宙微波背景的温度在整个宇宙几乎是均匀的 , 用非常精密的探测器才能观测到微小的波动 , 这些波动可能由量子涨落引起 。
任何用来描述预测或描述可能性的数学模型 , 往往需要联系物理的客观可观测量才能被证实或用于描述现实 。用数学推导物理守恒定律可能是你能想到的最基础的定律了 , 比如能量守恒定律、动量守恒定律和角动量守恒定律 。这些守恒定律是一个数学定理的推导结果 , 它就是诺特定理 , 同时它也是理论物理的中心理论之一 , 这样数学和物理又有了一层复杂关系 。诺特定理告诉我们:每一个连续对称 , 都对应一个守恒量 。
数学是解决物理的工具数学在物理中是有用的 , 1912年 , 当时的爱因斯坦正酝酿着一个颠覆性的理论——广义相对论 , 此理论断言 , 大质量的物体会扭曲时空 。但爱因斯坦在如何表述它上遇到了难题 。这时 , 爱因斯坦发现 , 由数学家伯恩哈德·黎曼提出的曲率几何概念正是他需要的 。黎曼几何赋予了爱因斯坦一个强大的数学基础 , 使他构建出了广义相对论的准确等 。纵观物理学的发展历史 , 可以发现 , 许多物理学家同时也是数学家 , 比如 , 阿基米德、伽利略、牛顿、高斯、麦克斯韦等等 , 都是精通数学、物理学等数门 。
数学物理学 , 它是以研究物理问题为目标的数学理论和数学方法 , 其目的是在假定物理学基本定律已经知道的条件下 , 主要依靠数学上求解的方法来为已较好地确立了的物理学理论推导出结果 。


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