如果说数学是科学女王,那么物理学就是科学之王。这句话的实际意思不是数学不可靠或者不严谨,而是数学太可靠太严谨,和科学家理解的自然科学或者经验科学有本质区别,包括物理化学、生物学、天文学、地质学等等。在科学、数学、物理化学、思维导图同体、解决难题方面,世界著名科学家爱恩·斯坦提出了相对论。
数学是科学吗?
你会发现,许多科学家对这个问题的回答是令人吃惊的一句话数学不是科学。这句话实际的意思,不是说数学不可靠或者不严谨,而是说数学太可靠太严谨了,跟科学家理解的自然科学或者说经验科学,包括物理化学生物学天文学地质学等等有本质区别。更明确地说,数学是一种先验的真理体系,正确性来自内部的逻辑一致性,而自然科学是一种经验的真理体系,单凭内部的逻辑一致性不足以证明它正确,它的正确性归根结底来自实验检验。
举个例子,对于太阳系的结构,古人相信地心说,哥白尼提出了日心说。是地心说正确,还是日心说正确?单凭逻辑,你是无法判断的,两个体系看起来都是逻辑自洽的,没有内部的自相矛盾。唯一的判断理由,是日心说对某些观测现象给出了比地心说准确的解释。这对人类的认识方法产生了一大震动光靠内省我心光明,或者天启上帝告诉我,或者权威亚里士多德说,或者哲学观点圆是最完美的形状,天体运行一定是完美的都不足以证明一个学说。
真正的判据,是你应该向外看,亲眼去观察客观世界。如果实际观察否定了你珍爱的观点,那么你就得接受。而数学就完全是另一套体系了。从欧几里得的几何原本以来,数学的基本模式都是先给出若干定义和公理,然后从这些公理出发进行逻辑推导,推出一个个定理。只要你同意这些公理,那么你就会同意这些定理,这中间是没有任何含糊之处的。
判断一个数学命题是否正确,归根结底都是寻找逻辑证明,而不是做个实验看看。例如对于哥德巴赫猜想,任何一个大于等于4的偶数都可以写成两个质数之和,人们早就尝试了很多个偶数,都没有找到反例目前已经到了4 * 10^18这么大的数。但这算是哥德巴赫猜想的证明吗?当然不是,没有数学家会认为哥德巴赫猜想已经被证明了。
为什么数学不属于自然科学?
数学不属于自然科学,数学是由一系列的公理定理抽象推导的。具体举例1世界上没有1这个东西,只有1个苹果,一个橘子,1并不是实在而是抽象。2世界上并没有点这个实体,按几何概念,点是没有长度没有宽度的,同理,线和面都没有实体。3数学本身并不完美,由哥德尔不完备定理得出,数学需要不证自明的公理,而不能由纯逻辑导出。
4数学没办法证伪,一个定理除非是在证明过程中错的离谱,只要证明了就是对了,数学的证明过程只能用演绎法而不能用归纳法。所以数学定理在数学逻辑的公理存在下就已经存在了,数学家只有发现和证明,而不可能发明一个定理。5但是数学是从自然中抽象出来的,所以数学可以为其他科学的基础,抽象=基础,就像万有引力抽象=苹果掉下来现象的基础。
数学真的能对科学发展有巨大的推动作用吗?
当然能。如果说数学是科学的王后,那么物理学就是科学的国王。自然科学其它学科,如化学,生物等,往深了研究都绕不开物理学。天文和地理抛去人文部分,剩下的就直接称作天体物理学和地球物理学。当这些学科没有深入到物理学阶段时,用的数学比较少,会给人造成一种错觉以为数学的作用没那么重要。但是一旦深入到物理学阶段,数学的巨大推动作用马上会体现出来。
就像国王离不开王后一样,物理离不开数学。在牛顿和莱布尼茨时代,因为建立经典力学所需的数学还不够,他们干脆自己发明了微积分,既引领了物理学革命,也引领了数学革命。当时数学和物理还没有分离,经典力学的分析力学阶段都是由拉格朗日、汉密尔顿等数学家建立的,电磁学也是由高斯做出了巨大贡献。没有闵可夫斯基几何,爱因斯坦的狭义相对论就不能成立。