哪些是數(shù)學(xué)學(xué)？這幾乎是所有化學(xué)教材在緒言中（或在其他相應(yīng)部位中）必須回答的問題。下邊是三冊學(xué)院數(shù)學(xué)教材（其中一冊是美國教材）和三冊高中數(shù)學(xué)教材（其中一冊是美國教材）對這一問題的回答：
趙凱華和羅蔚茵，《新概念數(shù)學(xué)教程熱學(xué)》：“物理學(xué)是闡述物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律的學(xué)科。”
許方官，《四元數(shù)化學(xué)學(xué)》：“物理學(xué)是研究物質(zhì)、能量以及它們之間互相作用的科學(xué)。”
日本W(wǎng)．Sears，《大學(xué)化學(xué)學(xué)》第一冊:“物理學(xué)是一門檢測科學(xué)。”
張維善，《普通中學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·物理（選修1）》：“物理學(xué)是一門自然科學(xué)。……物理學(xué)研究物質(zhì)存在的基本方式，以及它們的性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律。數(shù)學(xué)學(xué)還研究物質(zhì)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在不同層次上認(rèn)識物質(zhì)的各類組成部份及其互相作用，以及它們運(yùn)動(dòng)和互相轉(zhuǎn)化的規(guī)律……物理學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，也是一門崇尚理智、重視邏輯推理的科學(xué)……”
廖伯琴，《普通中學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·物理（選修1）》：“物理學(xué)就是探究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)。”
日本PaulW．，《物理：原理與問題》：“物理學(xué)研究的是物質(zhì)、能量以及它們間的互相關(guān)系。”
綜觀以上對“物理學(xué)是哪些？”的回答可以看出，教材編者都從數(shù)學(xué)學(xué)的研究對象這個(gè)角度來回答。但是，她們的回答具有較大的不一致性：有的覺得化學(xué)學(xué)是研究物質(zhì)的，有的覺得是研究物質(zhì)的性質(zhì)的；有的提及物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)動(dòng)，有的提及互相作用、能量；還有一本書提及了數(shù)學(xué)學(xué)的研究方式——物理量的檢測。
可見，“物理學(xué)是哪些？”這個(gè)問題還沒有一個(gè)統(tǒng)一的答案，并且我們可以隱約約約地覺得到，所有的答案都在漸漸指向同一個(gè)目的地，下邊我們就來一起闡述，并在此過程中自行感受“物理學(xué)是哪些？”的答案。
一、物理學(xué)概念的來歷
（一）數(shù)學(xué)學(xué)概念的西方源起
“物理學(xué)”（即日語里的“”），最早始見于古埃及亞里士多德的《物理學(xué)》一書，該書的英文譯者張竹明先生強(qiáng)調(diào)：“這本《物理學(xué)》是一門以自然界為特定對象的哲學(xué)。它不同于我們現(xiàn)今的數(shù)學(xué)學(xué)，它除了包括了現(xiàn)今的數(shù)學(xué)學(xué)，也包括物理、生物學(xué)、天文學(xué)、地學(xué)等等在內(nèi)。反正，涉及整個(gè)自然科學(xué)物理學(xué)的定義是什么，它只研究自然界的總原理，是自然哲學(xué)”。鑒于亞里士多德的《物理學(xué)》中有許多數(shù)學(xué)方面的錯(cuò)誤推論，所以1949年因提出了宇宙起源的大爆燃學(xué)說而聲名大震的英籍前南斯拉夫化學(xué)學(xué)家喬治·伽莫夫曾強(qiáng)調(diào)：“亞里士多德在數(shù)學(xué)學(xué)領(lǐng)域中最重要的貢獻(xiàn)其實(shí)只是創(chuàng)造了這門學(xué)科的名子。”這個(gè)詞由古埃及“自然”一詞推演而至。
（二）英文“物理學(xué)”一詞的來源
1900年，德國人藤田豐八把飯盛挺造編撰的《物理學(xué)》譯成了英文，由當(dāng)時(shí)北京江南制造局刊行。這本書是我國第一本具有現(xiàn)代“”內(nèi)容的稱為“物理學(xué)”的書。
這么說，并非1900年曾經(jīng)中國就沒有“”。東方的，包括中國在內(nèi)的近代科學(xué)都是從西方傳進(jìn)來的，實(shí)際情況是從西方傳到中國遠(yuǎn)比傳到美國還要早。不過1900年曾經(jīng)，我國譯述西方數(shù)學(xué)學(xué)專著沒有采用“物理學(xué)”的譯法，而是多譯為“格物學(xué)”或“格致學(xué)”。如1879年日本人林樂知將羅斯古編撰的一本數(shù)學(xué)書翻譯成漢語并命名為《格致啟蒙》，其中第二卷為格物學(xué)；1883年德國傳教士丁題良（丁匙良，中文名，1888年曾來中國傳教，接觸中國唐代文明后曾提出“丁題良推測”：中國的“元?dú)庹f”曾影響過笛卡爾提出“以太”漩渦說），同時(shí)也將一本數(shù)學(xué)書譯為漢語，名子為《格物測算》。另外，國外1886年有專著《格致小引》，1889年又有《格物人門》出版。
大量史籍表明：“格物學(xué)”或“格致學(xué)”就是“”的初期漢語譯音，這兩種譯法是“格物致知”一詞兩種方式的簡寫。“格物致知”一詞始于道家“致知在格物，格物而后知至”的思想。
應(yīng)當(dāng)指出的是，美國學(xué)者強(qiáng)調(diào)：“特別值得大書一筆的是，近世中國的漢專著述成為臺灣翻譯西洋科學(xué)譯字的根據(jù)。”日本初期化學(xué)學(xué)史研究者梨木或雄說：“在我國最初把‘’稱為‘窮理學(xué)’。明崇禎年間一本名叫《物理小識》的書，論述的內(nèi)容包括天文、氣象、醫(yī)藥等方面。早在唐代，同樣內(nèi)容包含在《物類志》和《物類感應(yīng)》等論著中，那些都是中國數(shù)學(xué)專著的淵源。”
2002年4月在成都舉行了中國近現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)回顧與展望國際學(xué)術(shù)研討會，會上仍有學(xué)者覺得將“”譯為“物理”不如譯為“格物”或“格致”更符合漢語文化。并且“物理學(xué)”一詞雖然被中國人所逐步接受，1902年京師大學(xué)堂在格致科下設(shè)數(shù)學(xué)學(xué)科目，1912年改格致科為理科，下設(shè)化學(xué)門，同年金陵學(xué)院設(shè)數(shù)學(xué)學(xué)科目，1918年商務(wù)印書館出版了由陳幌編撰的《物理學(xué)》，這是第一本國人命名為《物理學(xué)》的“”著作。
二、物理學(xué)的研究范圍
數(shù)學(xué)學(xué)的最基本部份是熱學(xué)和場論，熱學(xué)涉及質(zhì)點(diǎn)或物體在給定力作用下的運(yùn)動(dòng)，場數(shù)學(xué)學(xué)則涉及萬有引力場、電磁場、核力場以及其他力場的起源、本質(zhì)和特點(diǎn)。熱學(xué)和場論合在一起就構(gòu)成了理解科學(xué)上所提出的自然現(xiàn)象的最基本途徑，數(shù)學(xué)學(xué)的最終目的就是要通過這兩個(gè)方面理解全部自然現(xiàn)象。
具體地說，按所研究的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形態(tài)和具體對象，數(shù)學(xué)學(xué)涉及的范圍包括：熱學(xué)、聲學(xué)、熱學(xué)和分子化學(xué)學(xué)、電磁學(xué)、光學(xué)、原子和原子核化學(xué)學(xué)、基本粒子化學(xué)學(xué)、固體化學(xué)學(xué)以及關(guān)于對二氧化碳和液體的研究等。數(shù)學(xué)學(xué)包括實(shí)驗(yàn)和理論兩大部份，經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)被否認(rèn)為可靠的理論化學(xué)有：理論熱學(xué)、熱力學(xué)和統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)學(xué)、電動(dòng)熱學(xué)、相對論、量子熱學(xué)和量子場論。其實(shí)這種理論也只能是相對真理，有各自的局限性。基于人們將數(shù)學(xué)學(xué)的基本理論和實(shí)驗(yàn)方式運(yùn)用于研究各類專門問題，使數(shù)學(xué)學(xué)中各類新的分支不斷涌現(xiàn)并產(chǎn)生如流體熱學(xué)、彈性熱學(xué)、無線電電子學(xué)、金屬化學(xué)學(xué)、半導(dǎo)體化學(xué)、電介質(zhì)化學(xué)、超導(dǎo)體化學(xué)、等離子體化學(xué)、凝聚態(tài)化學(xué)、非平衡態(tài)統(tǒng)計(jì)數(shù)學(xué)、現(xiàn)代宇宙學(xué)、固體發(fā)光、液晶及激光等。一些邊沿學(xué)科也隨著數(shù)學(xué)學(xué)向其他科學(xué)的廣泛滲透與交叉相繼產(chǎn)生如物理化學(xué)、生物化學(xué)、天體化學(xué)及海洋化學(xué)，等等。為此，數(shù)學(xué)學(xué)的發(fā)展猶如宇宙演變一樣永不止息。而作為這門久經(jīng)考驗(yàn)的科學(xué)的偉大造就者——物理學(xué)家，總是前赴后繼、不為矯飾、嘔心瀝血、鍥而不舍地進(jìn)行潛身研究，運(yùn)用嫻熟的實(shí)驗(yàn)方式和精密的物理方式，盡可能嚴(yán)格地去闡明自然規(guī)律，這種實(shí)驗(yàn)技巧和物理方式是永恒和普適的，如同數(shù)學(xué)學(xué)本身的規(guī)律一樣。
足見，數(shù)學(xué)學(xué)的形成和發(fā)展淵始于“格物致知”，彰顯了“致知在格物，格物而后知至”的中國唐代道家的思想。海森伯（W.）的一席話堪稱是與儒教的觀點(diǎn)不謀而合，并將這個(gè)問題探討得愈發(fā)淋漓盡致，他強(qiáng)調(diào)：“在西方文化早期，古埃及人發(fā)覺了原理與實(shí)踐間的密切聯(lián)系。”
化學(xué)學(xué)理論體系，是一個(gè)復(fù)雜的、規(guī)范化、系統(tǒng)化并經(jīng)過反復(fù)充分論證和檢驗(yàn)的知識體系，是知識的成熟形態(tài)。這當(dāng)中還涉及一個(gè)將通過探求客觀事物及其規(guī)律的活動(dòng)，所獲得的關(guān)于對自然的科學(xué)認(rèn)識，正確地抒發(fā)下來。其中包括：概念、定理、定律、數(shù)學(xué)模型、法則等的語言敘述，即物理學(xué)假說或理論的語言敘述，并以專題論文或?qū)W術(shù)著作等方式將其公布于世。因而化學(xué)學(xué)在彰顯了反映與創(chuàng)造的同時(shí)，也突顯出認(rèn)識與抒發(fā)的統(tǒng)一。
三、物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為本的科學(xué)
“物理學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為本的科學(xué)”，這一精辟闡述出自諾貝爾化學(xué)學(xué)得獎(jiǎng)?wù)摺⒗碚摶瘜W(xué)學(xué)家楊振寧院士之前的一則題字，它抒發(fā)了化學(xué)學(xué)界的共同看法，捉住了化學(xué)學(xué)的根本特點(diǎn)，好多化學(xué)學(xué)先賢都有類似見解。在化學(xué)學(xué)的發(fā)展中，實(shí)驗(yàn)起過重要作用，現(xiàn)今正在起著、將來也還要起重要作用，這一點(diǎn)對于化學(xué)學(xué)家大約是沒有爭辯的。
化學(xué)學(xué)在先前稱為自然哲學(xué)，數(shù)學(xué)學(xué)涉及自然的個(gè)別方面，它們可以通過一種基本的途徑，即根據(jù)一些基本原理和基本定理來加以理解。隨著時(shí)間的推移，不同的特殊學(xué)科從數(shù)學(xué)學(xué)短發(fā)了下來，產(chǎn)生自己的研究領(lǐng)域。在此過程中，數(shù)學(xué)學(xué)保持著它的原本面目，即理解自然界的結(jié)構(gòu)和解釋自然現(xiàn)象。而數(shù)學(xué)學(xué)之所以能始終保持著它的原本面目，很大程度上是由于化學(xué)學(xué)擁有其頗具特色的化學(xué)實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)是理論的基礎(chǔ)，但并不等于說理論可以直接從實(shí)驗(yàn)得到。諸如，簡單地把愛因斯坦相對論的形成歸結(jié)于邁克爾孫一莫雷實(shí)驗(yàn)的直接結(jié)果，不但不符合歷史的原本面目，也欠缺邏輯的勸說力。理論的形成和發(fā)展不能用一個(gè)簡單公式來表示，但它在發(fā)展過程中必須不斷從實(shí)驗(yàn)得到事實(shí)的補(bǔ)充和航向的修正。理論始于實(shí)驗(yàn)，卻低于實(shí)驗(yàn)，具有高度概括性和普遍性，但它不能違背直接經(jīng)驗(yàn)，必須接受實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)可以否定舊理論，支持新理論，對互相匹敵的理論做出裁定。當(dāng)數(shù)學(xué)學(xué)的現(xiàn)有理論與新的實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)生矛盾時(shí)，或則當(dāng)構(gòu)建在不同實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的不同領(lǐng)域的理論相互沖突時(shí)，靠理論的詮釋和修復(fù)常常不能解決問題，這時(shí)擺在化學(xué)學(xué)家面前的任務(wù)就是要審查理論的立足點(diǎn)，提出新的假定，完善新的理論體系，于是數(shù)學(xué)學(xué)就發(fā)展了。這些發(fā)展是跳躍式的，常常不能靠邏輯來說明。新的理論構(gòu)建以后，最重要的事情是尋求實(shí)驗(yàn)的支持，以判斷理論是否符合實(shí)際。實(shí)驗(yàn)—理論一實(shí)驗(yàn)，這就是數(shù)學(xué)學(xué)發(fā)展的基本模式。
四、假說是完善和發(fā)展數(shù)學(xué)學(xué)理論的橋梁
假說對于數(shù)學(xué)學(xué)理論的產(chǎn)生和發(fā)展，有著極為重要的意義。毋庸置疑，數(shù)學(xué)學(xué)研究的基礎(chǔ)是觀察和實(shí)驗(yàn)。但科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)總是帶有目的性的，它必須在一定的動(dòng)機(jī)支配下，根據(jù)某種預(yù)定的計(jì)劃、方案、方法進(jìn)行。這就須要假說。假說提供了實(shí)驗(yàn)的課題、任務(wù)、甚至技巧。可以說，沒有假說，就不會有系統(tǒng)的科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)。近代初期最重要的觀測，當(dāng)推第谷的天文觀測。但是第谷的觀測卻是在地心體系的假說指導(dǎo)下進(jìn)行的。他自己就說過，沒有一個(gè)世界體系理論的指導(dǎo)，就難以進(jìn)行觀測。
假說制定觀測和實(shí)驗(yàn)的任務(wù)及途徑，賦予觀察和實(shí)驗(yàn)以明晰的自覺性和高度的主動(dòng)性。這一方面表現(xiàn)在為了否認(rèn)假說而設(shè)計(jì)觀察和實(shí)驗(yàn)；另一方面也表現(xiàn)在為了否定假說而設(shè)計(jì)觀察和實(shí)驗(yàn)。知名的漢堡斜塔落體實(shí)驗(yàn)，就是伽利略為了否定亞里士多德關(guān)于“重物自由下落較輕物快”的錯(cuò)誤假說而設(shè)計(jì)進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)結(jié)果推翻了流行12個(gè)世紀(jì)的錯(cuò)誤假說，形成了全新的自由落體定理。
進(jìn)行科學(xué)觀察和實(shí)驗(yàn)須要假說，把觀察和實(shí)驗(yàn)得到的資料上升為理論同樣須要假說，數(shù)學(xué)學(xué)理論是對自然界客觀規(guī)律的正確認(rèn)識。并且因?yàn)樯钍芨黝惛鳂拥臈l件限制物理學(xué)的定義是什么，人們不能一下子就達(dá)到對客觀規(guī)律的真理智的認(rèn)識，而常常要依靠于假說這些研究方式，運(yùn)用已知的科學(xué)原理和事實(shí)去探求未知規(guī)律，不斷地積累實(shí)驗(yàn)材料，降低假說中的科學(xué)性的內(nèi)容，降低假設(shè)性的成份，逐漸地構(gòu)建起正確反映客觀規(guī)律的科學(xué)理論。隨著實(shí)踐的發(fā)展，又會出現(xiàn)以前的理論所不能解釋的新現(xiàn)象，這就須要提出新的假說，完善新的理論。數(shù)學(xué)學(xué)就是順著假說—理論、新的假說—新的理論……這個(gè)途徑愈來愈豐富和發(fā)展，愈來愈趨向構(gòu)建。為此，有人將假說稱作科學(xué)理論的胚胎，這是絲毫不過分的。例如，1905年愛因斯坦提出的“光量子”假說，蘊(yùn)育著量子論的誕生。雖然是有些錯(cuò)誤的假說，但仍然還能為之后新假說的產(chǎn)生和新理論的成立提供科學(xué)材料和個(gè)別局部的正確原理、方法、公式、定律等。諸如，地心假說是錯(cuò)誤的，卻為以后的哥白尼構(gòu)建日心假說積累了大量材料。
還有些錯(cuò)誤的假說，可以啟迪人們的創(chuàng)造性思維，由此形成出新的假說、乃至新的數(shù)學(xué)學(xué)理論。這在數(shù)學(xué)學(xué)史上也是不乏其例的。眾所周知，“以太”的假說是錯(cuò)誤的，17世紀(jì)時(shí)它是作為一種特殊的物質(zhì)被引進(jìn)數(shù)學(xué)學(xué)的。但是，“以太”假說除了在數(shù)學(xué)學(xué)思想的發(fā)展中起過重要的作用（使人們懂得了空間不可能是虛無的，物體之間不存在任何超距作用），并且它還為狹義相對論的誕生提供了思維的素材。由于人們?yōu)榱舜_立以太的存在，曾試圖觀測“以太風(fēng)”。這樣,“以太飄移”的實(shí)驗(yàn)觀測,從1728年的早期探求后，就被廣泛地進(jìn)行著。并且1887年7月邁克爾遜—莫雷實(shí)驗(yàn)卻表明：靜止以太的假說是不對的。于是，愛因斯坦就在彭加萊等人關(guān)于以太甩尾“零結(jié)果”的卓越看法的啟發(fā)下，徹底否定了“絕對空間”概念和“靜止以太”假說的存在意義，運(yùn)用“思想實(shí)驗(yàn)”，重新提出了兩個(gè)基本假說——相對性原理和光速不變原理，并由此而成立了彪炳史冊的狹義相對論。
結(jié)語
“物理學(xué)”概念的內(nèi)涵己經(jīng)且正在發(fā)生著演化，假如說數(shù)學(xué)學(xué)過去在物質(zhì)和精神上曾挺好地惠及于人類，各類輝煌成就的取得與化學(xué)學(xué)家的打破常規(guī)的勇氣和探求精神密不可分。這么，明天和今天的人們將進(jìn)一步認(rèn)識到數(shù)學(xué)學(xué)是一套獲得、組織、運(yùn)用和探索知識的有效方式，這是至關(guān)重要和更有意義的。這樣的認(rèn)識無論對學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的人還是院士化學(xué)的人都應(yīng)成為其指導(dǎo)學(xué)習(xí)工作的原則，一旦化學(xué)學(xué)方式論思想真真實(shí)實(shí)地被人們所把握，這么學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的人就不再見滿足于背點(diǎn)概念公式做幾道題，而是更側(cè)重在一定的基礎(chǔ)上對數(shù)學(xué)思想、物理方式的感悟，并能在眾多領(lǐng)域得以應(yīng)用。其實(shí)，化學(xué)方式不是空談即能把握的，它只能產(chǎn)生于良好的數(shù)學(xué)專業(yè)素養(yǎng)之上。這要求廣大化學(xué)教育工作者必須旨在于履行素養(yǎng)教育，良好的化學(xué)專業(yè)素養(yǎng)主要彰顯為清晰全面確切的化學(xué)思想、扎實(shí)的物理應(yīng)用能力和較好的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰讉€(gè)方面，簡言之，即具備良好的理論素養(yǎng)及實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，且對中學(xué)生打基礎(chǔ)而言這兩者同等重要，不可偏廢。2002年6月20日丁肇中先生在CCTV的“東方之子”欄目中說得好:“在中學(xué)成績好，就做理論；動(dòng)手能力強(qiáng)，就做實(shí)驗(yàn)。這些觀點(diǎn)是完全錯(cuò)誤的。好多成功的實(shí)驗(yàn)化學(xué)學(xué)家都精通理論，做實(shí)驗(yàn)最重要的是找題目，動(dòng)手能力、做法是次要的。”
另一方面，化學(xué)學(xué)發(fā)展史告訴我們，一流的理論化學(xué)學(xué)家常常也具有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。牛頓做過許多知名的實(shí)驗(yàn)，愛因斯坦讀學(xué)院時(shí)也曾用很大精力做實(shí)驗(yàn)，這對他后來獲得巨大的理論成果至關(guān)重要。
“物理學(xué)是一門實(shí)實(shí)在在的科學(xué)，是一門久經(jīng)考驗(yàn)的科學(xué)，是一門偉大而繁重的科學(xué)，這些曇花一現(xiàn)的理論、學(xué)說和化學(xué)學(xué)是無可比擬的，這些在變革浪潮中用蠱惑人心的語言裝潢上去的雕蟲小技更是不值一提，化學(xué)學(xué)的發(fā)展猶如宇宙演化一樣永不止息。”
這話愛情色調(diào)較濃，但不無道理。
···圖書推薦···
《物理學(xué)的概念與文化素質(zhì)》
作者：[美]阿特·霍布森（Art）
譯者：泰克誠，劉培森，周國榮
《物理學(xué)的概念與文化素質(zhì)》的原書是一本在日本非常流行并廣受好評的工科數(shù)學(xué)教材。作者Art三十多年來懷著提升公眾科學(xué)素質(zhì)的強(qiáng)烈使命感，孜孜以求，旨在于對工科中學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)教育。他主張教給中學(xué)生最新的化學(xué)學(xué)，側(cè)重講清楚化學(xué)概念和完善鮮明的化學(xué)圖象，采用不用物理的概念式教學(xué)；他積極涉及社會生活中與化學(xué)學(xué)有關(guān)的眾多熱點(diǎn)問題，如臭氧枯竭、全球變暖、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、能源、核動(dòng)力、核裝備、偽科學(xué)等。作者因?yàn)楸緯退珜?dǎo)講授與科學(xué)有關(guān)的社會論題，于2006年獲得英國化學(xué)班主任商會頒授的密立根獎(jiǎng)。在日本有130多所中學(xué)采用這本書作為工科數(shù)學(xué)教材。
《物理學(xué)的概念與文化素質(zhì)（第4版）（翻譯版）》的譯者和原作者是十多年的舊友。在翻譯過程中，譯者嚴(yán)謹(jǐn)推敲，與作者配合默契，因而翻譯質(zhì)量堪比上乘。