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讨论:学习过程中如何协调“数学形式”与“物理内容”之间的关系

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其实这个问题已经困扰我很久了,之前觉得随着学习经验的增加这方面的问题应该会逐渐好转所以一直没提出来。直到现在打算开始做一些经典引力理论的研究,发现这个问题不处理好对学习效果似乎影响很大。所以提出来听听各位吧友的体会吧。
有一些书,诸如梁老师的《微分几何入门与广义相对论》,一直以来被很多老师评价“太形式化了”,大概意思就是主要在讲数学,缺乏物理图像之类的。Wald等人的书也都一直被这样评价。虽然这样学起来似乎没有什么太大的坏处,但温伯格对这类书就有批评:

这类书往往公理化的味道很浓,把一切都归结在一些公理上,对各种问题的思索都追溯到一些基本假设上,比如“空—时是四维黎曼流形”等等。读这类书,首先有种一些东西是“天上掉下来的”这种感觉,并不能深刻地理解它到底是怎么来的;其次,有时候就算把式子跟着全部推得比较熟练之后也总感觉在哪个关键的地方差一点领会、也理解得不够深刻。
另一些书,诸如俞允强、赵峥、Schutz、Hartle,看起来似乎很物理,但也有很严重的问题。尤其是,用坐标语言讨论问题,总是要无休止地辨析谁是谁的函数,谁是自变量,谁只是参量;在求偏导时,哪些量是自变量,哪些视作复合函数,哪些只是参数根本就不清楚。而又没有一个统一地数学法则处理这些问题,都只能借助所谓“物理的分析”,这样就使得判定正误的难度和迷惑性剧增。
正因如此,当然还有一些别的原因,这类书在仔细分析起来时总爱出现大量似是而非的佯谬和一下难以说清楚的问题。而继续细致地讨论总会变成占据大量篇幅的“变量及其之间的关系的分析”,由于不能脱离坐标系,往往导致在细枝末节的问题上耗费大量精力。就好像梁老师说的“总拿鸡毛当令箭”。
不仅仅是相对论,传统的用坐标语言讲分析力学的书也是这样,到后期就纠缠在谁是谁的变量,区分自变量、复合变量、参量这些问题上了,非常不清晰。而阿尔诺德的基于几何语言的书就好很多。
比如温伯格书上的这一段辨析就大概体现了我说的意思:

你们认为在学习过程中,看形式化的书和不形式化的书分别有什么好处坏处,应当怎么做协调呢?


1楼2013-06-12 21:26回复
    课本 不重要,重要的是老师


    2楼2013-06-12 22:27
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      2025-08-14 13:31:48
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      个人感受是先看非形式化的书,对内容有个基本的了解;再去看形式化的书,对内容进行复习巩固和梳理。
      比如微积分,刚开始看的时候对书中大篇幅的实数论和极限理论的用处感到不解,不知道她的用处,感觉生硬,学得很虚,以致于事实上都没记住多少。
      真正对微积分有些皮毛的了解之后,才恍然意识到实数和极限理论的重要性。再去看实数和极限的部分,不禁就觉得豁然开朗非常自然了,而且会觉得非常舒服。


      IP属地:美国3楼2013-06-12 22:49
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        一起上


        6楼2013-06-12 23:37
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          数学书是最缺乏逻辑的书……


          IP属地:四川来自手机贴吧7楼2013-06-12 23:47
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            哟?学长遇到问题鸟?


            IP属地:上海来自手机贴吧8楼2013-06-13 00:06
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              If I can't picture it I can't understand it. (Einstein)


              IP属地:德国9楼2013-06-13 00:25
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                我觉得Wald的图像很清晰啊...... 当然也许是因为没看过Weinberg的,看了以后也许会另有感慨?


                IP属地:北京10楼2013-06-13 01:43
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                  2025-08-14 13:25:48
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                  目前,最“很物理”的,就是几何语言了


                  IP属地:北京11楼2013-06-13 05:53
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                    看李淼的弦论通俗演义,把爱因斯坦和欧几里德相提并论,认为GR是有史以来最优雅的物理,因为它完全是几何。如果是这个角度看爱因斯坦和欧几里德确实是十分神似。
                    后面又提到几何太拘泥于几何图形的性质(比如几何天生就会有一定的局限,比如欧拉定理...),所以这又有可能成为它发展的束缚。比如QFT最早发源于微分方程理论,而不是微分几何。当然最终经过数学家的努力,QFT也发展出微分几何形式,并根据几何的固有特性给出若干预言...


                    12楼2013-06-13 08:17
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                      数学这东西追求的是逻辑上的完美,物理则是追求图像上的自然~要把物理和数学区分清楚,又用的恰到好处这需要很多的累积才能做到,初来乍到一般不容易体会那么深,可以先都学学,然后慢慢感受~~


                      IP属地:辽宁14楼2013-06-13 17:32
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                        我的流形老师引述过某位数学家的话:分析是地上的,代数是天上的,几何是人间的。所以这个问题不能一概而论,要看说的具体是哪个分支,再来就具体问题讨论。


                        16楼2013-06-13 18:34
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                          不知从什么时候开始流行起来的物理书边教物理边教数学


                          来自Android客户端17楼2013-06-13 18:55
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                            看MTW 数学形式与物理内容的完美融合


                            18楼2013-06-15 12:05
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                              2025-08-14 13:19:48
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                              我认为学数学就应该看数学家写的书,学物理就看做物理的人写的,最后提取两边的精华形成自己独有的看法。太形式化的东西我也不太喜欢,但我认为有时候数学的确能提供一些对问题很有力的表述,所以做物理的学习数学应该学会把握其中的精髓,而不过分拘泥于细节。传统的物理有它本身的美学,这方面的代表就是费恩曼,温伯格这一类学者。但通过数学装点后的物理也可以变得很漂亮,比如众所周知的那本彭罗斯的旋量与时空。如14L说的,目前我们也许还不能找到自己真正感兴趣的方向,所以为何不两方面的内容都接触一些呢?还有就是梁老师那本书读起来可能的确不是太舒服,因为书里想把任何方面都讲到,导致内容繁杂庞大,不能突出主题。其实个人认为学习广义相对论(举个例子)应该多看些书,包括纯粹的黎曼几何学(看纯正的数学家写的几何你会在当中找到快乐,因为他们是带着“爱”写的。在他们眼里这些东西是有血有肉的,而不仅仅是物理学家所认为的作为工具的枯燥数学),以及另外一类真正热爱物理的人写的那些注重Physic ideas的书,最后随着阅历增长,自己将他们融会贯通,形成自己对问题独有的看法。


                              IP属地:云南19楼2013-06-15 12:14
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