數學、物理、化學、生物的關係，看來還要被人誤解很多年

數理化生四個學科間有什麼聯繫？

孫乾，去折

首先，數學是形式科學，物理與化學是自然科學。自然科學必須經得起自然現象的檢驗，而形式科學不必要，在自己的定義與公理以內自洽即可。形式科學可以應用於自然科學，還能應用於社會科學，甚至可以應用於現實不存在的世界。可以說數學作為形式科學之首，格局比任何一門自然科學都大，但自然科學的基礎並不是數學，而是自然現象本身。

自然科學追求精確預測或控制自然現象，不用數學就做不到精確，所以數學幾乎是自然科學中最重要的工具。不過，人類除了追求精確，還要追求效率，所以數學在自然科學某些領域不太管用，這類領域在化學中佔比大於物理，在生命科學中佔比更大。這很正常，受制於工程技術與計算技術的瓶頸，不能說孰優孰劣。嘲諷生化更 low 的基本等於在嘲諷整個人類的智慧，誰不想做到既精確又高效？要不你來試試？當然，精確的追求不會變，按照歷史的進程，數學的滲透必然會越來越多。

接下來重點談談物理與化學的關係——

先釐清不少人甚至化學工作者對化學的誤解：

① 以為化學與物理是同源的

事實上化學發源於鍊金術，物理學與天文學同源都來自占星術，理化在歷史上並不同源。量子力學發現以前，物理與化學有一定聯繫但根基不同，直到量子力學的發現，這兩門學科才徹底在理論上相通。不過由於化學獨自發展了很長時間，在範式與側重點上依然與物理有很大區別。

② 認為化學研究的是化學現象，並以為化學現象等同於化學反應

化學反應是最典型的化學現象，但化學現象不止化學反應。電離、活化、電極反應等現象也是化學現象，然而這些現象不符合化學反應的定義。一般來說，物質的化學狀態發生改變的現象都屬於化學現象。除了動態的以外，靜態的現象——物質以某種化學形式存在的現象同樣屬於化學現象。舉個例子，氧氣在常溫常壓下以無色氣體的形式存在，這是物理現象，而氧氣在常溫常壓下以直線型氧分子的形式存在，這就屬於化學現象。同分異構現象就是一種典型的靜態化學現象。總之，物質保持或改變其化學狀態的現象都屬於化學現象。

此外，化學側重製備，與製備密切相關的現象和技術都是化學研究的對象。其中最典型的當然是化學現象，但僅僅研究化學現象是不夠的，製備過程中的物理現象必須參透；分離、分析等技術必須掌握。由於種種製備剛需，化學逐步完善學科體系，逐漸形成各個分支，例如研究理化現象原理的物理化學、研究物質識別技術的分析化學等等。

從化學的定義就能澄清對研究對象的誤解——化學是研究物質的組成、結構、性質和變化的自然科學。其中「物質（matter）」這個詞不太明確，在化學中一般特指「化學物質（substance）」，包括化學元素、化合物等等。因此對定義稍作修改——化學是研究化學物質的分布、結構、性質和變化的自然科學。從定義中不難看出，化學的研究內容並沒有單指化學現象，更遑論化學反應了，而且並不局限於原子分子水平，宏觀現象同樣會研究。其實化學完全可以中文命名為「化學物質學」，類似「生物學」，能直接從名稱中明確研究對象。

誤解沒了，就能好好談關係——

有不少人覺得，如果技術成熟到能通過理論計算解釋化學了，是不是化學就歸入物理了？太天真了。

物理作為自然科學的領頭羊，研究最基本的自然規律，其研究對象包羅萬象，不僅原子分子凝聚態要研究，還要研究生物、天體等等，是不是天文學生物學也統統歸入物理實現天下大同啊？非也！

即使天文與物理起源相同、理論根基一致、研究範式相似得令人髮指，依然分離成了兩個一級學科，何況化學？人類的精力有限，一門學科太大是啃不完的，不利於人才培養。按照當今的分科趨勢，只會根據工程技術需求越分越細。核科學與力學都快從物理分出去了，就別談合并化學了。無論最終化學能否被物理徹底解釋，more is or isn t different，化學都不會消亡。

誠然，物理學的廣度是化學無法比擬的，與化學物質關係不大的領域是純粹的物理，比如粒子物理、相對論、量子計算等等。那麼理化交叉的部分就沒區別了？並非如此。

類似天文相對物理更側重天文觀測，化學更側重物質製備。大部分化學家更關心如何製備新奇結構、如何改進位備方法。所以化學的世界難題或終極問題往往不是大自然之謎，而是化學合成的極限等技術問題。這樣看起來化學更像工科，不過區別於一般工科，化學家不一定關心他們發現的新結構、新製備方法是否有實際運用，僅僅是在探索，在與「造物主」切磋技藝。當然也有一部分研究現象的化學家，兩門學科最大的聯繫也在這些領域，只不過化學家側重化學現象與界面現象，物理學家側重電磁現象與宏觀量子現象。

言而總之，在「現象」層次化學幾乎是物理的子集，重疊部分聯繫緊密而側重不同，皆可大量應用數學工具；而在「物質製備」層次，基本是純粹化學的菜，緣於此領域，化學比物理更重視動手能力，這個領域暫時還做不到高效利用數學工具。

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