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学物理,先学点化学又何如?

已有 4818 次阅读 2010-10-20 15:03 |系统分类:教学心得

个人一点奇思异想。

物理是更为基础的学科。难道学物理要先学点化学吗?

原则上不必如此(尤其牛人更不必如此),但如果愿意这样做,我认为有好处。

学一门新的学问,建立自信心和成就感是很重要的。很多化学问题是好的演练场。看化学对于物理来说,是以学代练。

几年前在图书馆翻了一本量子化学的教材:

David V. George, Principles of Quantum Chemistry, Pergamon Press, Elmsford, NY, USA (1972).

很老的一本书,但阅读以后,觉得其对量子力学的讲解十分通俗易懂,初学一般不会遇到什么大的困难。

后来反思一下,心得如下:

化学之所以使用量子力学,主要是研究原子,分子和化学键等等。相对于纯物理而言,它的目标十分明确。因此,整个问题的范围缩小,难度降低。这就有利于教授们写出十分易懂的教材来。此为第一个优势。其次,通过解决原子,分子,共价键等问题,读者可以获得很大的成就感。另外这些知识对于理工科学生而言又是应该掌握的:必须要知道周期表为什么是周期表,为什么有过渡金属,d轨道什么特点,价键和分子轨道理论等等。另外这本书对群论的介绍也是只涉及最基本的知识和应用--虽然很浅,但切实得到了应用。

所以如果一开始对抽象的理论感到不适应,可以考虑先学一点量子化学的基本原理,这样就有信心和成就感。如果教材写的很好,看一遍不会耗费很多时间。已经能够应用量子物理的知识解决一些实际问题以后,再看抽象的理论也会更有兴趣。

另外一件事,是有关热力学的。以前学过统计物理,但学完以后,感觉对热力学还是缺乏基本的训练。因为虽然学过热力学的理论,但统计物理被认为更为重要,在习题方面都是照顾统计物理的。

翻阅一些化学教材的时候,惊叹于热力学在化学中的使用何等广泛(大概跟化学最关心能量有关)。个人感觉,物理学家总体上对作为唯象理论的热力学不是太感冒,而更喜欢研究作为微观理论的统计物理。但化学本身就是应用唯象的热力学理论的一个最好的园地。学习一些化学,可以在热力学方面得到很好的训练。

当然,这并非认为化学是应用物理。P. W. Anderson在著名的《More is different》一文里面写道:心理学并非应用生物学;生物学也不是应用化学。我看了以后忍不住笑了。若接着他的话说下去那就是:化学也不是应用物理。虽然它应用物理原理为自己所用,但研究的层面是不一样的。化学的世界也是丰富多彩。最近几年由于研究凝聚态,也经常翻阅化学类的书籍。



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