摘要:本文首先回顧了理論物理和現(xiàn)代數(shù)學(xué)的緊密聯(lián)系,然后指出目前物理教育中對現(xiàn)代數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容安排不足的現(xiàn)狀,最后給出在物理教育中加強(qiáng)現(xiàn)代數(shù)學(xué)教育的一點(diǎn)嘗試性建議,希望以此對物理教育與科研產(chǎn)生一些有益的推動(dòng)。
關(guān)鍵詞:物理教育;現(xiàn)代數(shù)學(xué)
物理學(xué)研究的終極理論是揭示整個(gè)宇宙的秘密。那么在這個(gè)過程中,要用大量現(xiàn)代的數(shù)學(xué)語言來描述物理是無容置疑的。然而目前絕大多數(shù)的物理學(xué)家的數(shù)學(xué)功底都不敢恭維,等到需要相關(guān)的數(shù)學(xué)知識(shí)時(shí),才發(fā)現(xiàn)彌補(bǔ)起來是難于上青天。就連對數(shù)學(xué)功底相對扎實(shí)的楊振寧來說也并非易事,其自學(xué)相關(guān)數(shù)學(xué)的結(jié)果竟是“什么也沒學(xué)到”。那么可想而知,其他物理學(xué)家學(xué)習(xí)相關(guān)數(shù)學(xué)的時(shí)候,效果不會(huì)太理想,這將直接影響到物理研究的進(jìn)度。作者認(rèn)為,物理學(xué)家在成長的過程中,忽視對其現(xiàn)代數(shù)學(xué)知識(shí)的教育是造成這一現(xiàn)狀的根本原因。本文作者結(jié)合自身的興趣領(lǐng)域首先回顧了理論物理和現(xiàn)代數(shù)學(xué)的緊密聯(lián)系,然后指出目前高等物理教育中對現(xiàn)代數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容安排不足的現(xiàn)狀,最后給出在高等物理教育中加強(qiáng)現(xiàn)代數(shù)學(xué)教育的一點(diǎn)嘗試性建議,希望以此對高等物理教學(xué)與科研產(chǎn)生一些有益的推動(dòng)。
一、現(xiàn)代理論物理和現(xiàn)代數(shù)學(xué)的一些緊密聯(lián)系
最簡單的例子是牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律:F=ma,F(xiàn)是力,是物理量,m是質(zhì)量,a是加速度,在幾何中稱為曲率,因此通過等號(hào)物理與數(shù)學(xué)聯(lián)系起來了。拉格朗日發(fā)展的分析力學(xué)還可以用辛流形描述。眾所周知的例子是愛因斯坦的廣義相對論方程和黎曼幾何。1905年愛因斯坦發(fā)表了狹義相對論,然而相隔十年之久于1916年才發(fā)表了廣義相對論,其中最重要的原因是其數(shù)學(xué)工具不夠,直到后來在其同學(xué)和朋友友格羅斯曼的幫助下,通過黎曼幾何的語言終于得到了廣義相對論方程。
楊振寧是當(dāng)代的大物