哪些是數學學？這幾乎是所有化學教材在緒言中（或在其他相應部位中）必須回答的問題。下邊是三冊學院數學教材（其中一冊是美國教材）和三冊高中數學教材（其中一冊是美國教材）對這一問題的回答：
趙凱華和羅蔚茵，《新概念數學教程熱學》：“物理學是闡述物質的結構和運動基本規律的學科。”
許方官，《四元數化學學》：“物理學是研究物質、能量以及它們之間互相作用的科學。”
日本W．Sears，《大學化學學》第一冊:“物理學是一門檢測科學。”
張維善，《普通中學課程標準實驗教科書·物理（選修1）》：“物理學是一門自然科學。……物理學研究物質存在的基本方式，以及它們的性質和運動規律。數學學還研究物質的內部結構，在不同層次上認識物質的各類組成部份及其互相作用，以及它們運動和互相轉化的規律……物理學是一門實驗科學，也是一門崇尚理智、重視邏輯推理的科學……”
廖伯琴，《普通中學課程標準實驗教科書·物理（選修1）》：“物理學就是探究物質的結構和基本運動規律的科學。”
日本PaulW．，《物理：原理與問題》：“物理學研究的是物質、能量以及它們間的互相關系。”
綜觀以上對“物理學是哪些？”的回答可以看出，教材編者都從數學學的研究對象這個角度來回答。但是，她們的回答具有較大的不一致性：有的覺得化學學是研究物質的，有的覺得是研究物質的性質的；有的提及物質的結構和運動，有的提及互相作用、能量；還有一本書提及了數學學的研究方式——物理量的檢測。
可見，“物理學是哪些？”這個問題還沒有一個統一的答案，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“物理學是哪些？”的答案。
一、物理學概念的來歷
（一）數學學概念的西方源起
“物理學”（即日語里的“”），最早始見于古埃及亞里士多德的《物理學》一書，該書的英文譯者張竹明先生強調：“這本《物理學》是一門以自然界為特定對象的哲學。它不同于我們現今的數學學，它除了包括了現今的數學學，也包括物理、生物學、天文學、地學等等在內。反正，涉及整個自然科學物理學的定義是什么，它只研究自然界的總原理，是自然哲學”。鑒于亞里士多德的《物理學》中有許多數學方面的錯誤推論，所以1949年因提出了宇宙起源的大爆燃學說而聲名大震的英籍前南斯拉夫化學學家喬治·伽莫夫曾強調：“亞里士多德在數學學領域中最重要的貢獻其實只是創造了這門學科的名子。”這個詞由古埃及“自然”一詞推演而至。
（二）英文“物理學”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》譯成了英文，由當時北京江南制造局刊行。這本書是我國第一本具有現代“”內容的稱為“物理學”的書。
這么說，并非1900年曾經中國就沒有“”。東方的，包括中國在內的近代科學都是從西方傳進來的，實際情況是從西方傳到中國遠比傳到美國還要早。不過1900年曾經，我國譯述西方數學學專著沒有采用“物理學”的譯法，而是多譯為“格物學”或“格致學”。如1879年日本人林樂知將羅斯古編撰的一本數學書翻譯成漢語并命名為《格致啟蒙》，其中第二卷為格物學；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“元氣說”曾影響過笛卡爾提出“以太”漩渦說），同時也將一本數學書譯為漢語，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”或“格致學”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。
應當指出的是，美國學者強調：“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譯字的根據。”日本初期化學學史研究者梨木或雄說：“在我國最初把‘’稱為‘窮理學’。明崇禎年間一本名叫《物理小識》的書，論述的內容包括天文、氣象、醫藥等方面。早在唐代，同樣內容包含在《物類志》和《物類感應》等論著中，那些都是中國數學專著的淵源。”
2002年4月在成都舉行了中國近現代科學技術回顧與展望國際學術研討會，會上仍有學者覺得將“”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”一詞雖然被中國人所逐步接受，1902年京師大學堂在格致科下設數學學科目，1912年改格致科為理科，下設化學門，同年金陵學院設數學學科目，1918年商務印書館出版了由陳幌編撰的《物理學》，這是第一本國人命名為《物理學》的“”著作。
二、物理學的研究范圍
數學學的最基本部份是熱學和場論，熱學涉及質點或物體在給定力作用下的運動，場數學學則涉及萬有引力場、電磁場、核力場以及其他力場的起源、本質和特點。熱學和場論合在一起就構成了理解科學上所提出的自然現象的最基本途徑，數學學的最終目的就是要通過這兩個方面理解全部自然現象。
具體地說，按所研究的物質運動形態和具體對象，數學學涉及的范圍包括：熱學、聲學、熱學和分子化學學、電磁學、光學、原子和原子核化學學、基本粒子化學學、固體化學學以及關于對二氧化碳和液體的研究等。數學學包括實驗和理論兩大部份，經過實踐檢驗被否認為可靠的理論化學有：理論熱學、熱力學和統計數學學、電動熱學、相對論、量子熱學和量子場論。其實這種理論也只能是相對真理，有各自的局限性。基于人們將數學學的基本理論和實驗方式運用于研究各類專門問題，使數學學中各類新的分支不斷涌現并產生如流體熱學、彈性熱學、無線電電子學、金屬化學學、半導體化學、電介質化學、超導體化學、等離子體化學、凝聚態化學、非平衡態統計數學、現代宇宙學、固體發光、液晶及激光等。一些邊沿學科也隨著數學學向其他科學的廣泛滲透與交叉相繼產生如物理化學、生物化學、天體化學及海洋化學，等等。為此，數學學的發展猶如宇宙演變一樣永不止息。而作為這門久經考驗的科學的偉大造就者——物理學家，總是前赴后繼、不為矯飾、嘔心瀝血、鍥而不舍地進行潛身研究，運用嫻熟的實驗方式和精密的物理方式，盡可能嚴格地去闡明自然規律，這種實驗技巧和物理方式是永恒和普適的，如同數學學本身的規律一樣。
足見，數學學的形成和發展淵始于“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不謀而合，并將這個問題探討得愈發淋漓盡致，他強調：“在西方文化早期，古埃及人發覺了原理與實踐間的密切聯系。”
化學學理論體系，是一個復雜的、規范化、系統化并經過反復充分論證和檢驗的知識體系，是知識的成熟形態。這當中還涉及一個將通過探求客觀事物及其規律的活動，所獲得的關于對自然的科學認識，正確地抒發下來。其中包括：概念、定理、定律、數學模型、法則等的語言敘述，即物理學假說或理論的語言敘述，并以專題論文或學術著作等方式將其公布于世。因而化學學在彰顯了反映與創造的同時，也突顯出認識與抒發的統一。
三、物理學是以實驗為本的科學
“物理學是以實驗為本的科學”，這一精辟闡述出自諾貝爾化學學得獎者、理論化學學家楊振寧院士之前的一則題字，它抒發了化學學界的共同看法，捉住了化學學的根本特點，好多化學學先賢都有類似見解。在化學學的發展中，實驗起過重要作用，現今正在起著、將來也還要起重要作用，這一點對于化學學家大約是沒有爭辯的。
化學學在先前稱為自然哲學，數學學涉及自然的個別方面，它們可以通過一種基本的途徑，即根據一些基本原理和基本定理來加以理解。隨著時間的推移，不同的特殊學科從數學學短發了下來，產生自己的研究領域。在此過程中，數學學保持著它的原本面目，即理解自然界的結構和解釋自然現象。而數學學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學擁有其頗具特色的化學實驗。
實驗是理論的基礎，但并不等于說理論可以直接從實驗得到。諸如，簡單地把愛因斯坦相對論的形成歸結于邁克爾孫一莫雷實驗的直接結果，不但不符合歷史的原本面目，也欠缺邏輯的勸說力。理論的形成和發展不能用一個簡單公式來表示，但它在發展過程中必須不斷從實驗得到事實的補充和航向的修正。理論始于實驗，卻低于實驗，具有高度概括性和普遍性，但它不能違背直接經驗，必須接受實驗的檢驗。實驗可以否定舊理論，支持新理論，對互相匹敵的理論做出裁定。當數學學的現有理論與新的實驗結果發生矛盾時，或則當構建在不同實驗基礎上的不同領域的理論相互沖突時，靠理論的詮釋和修復常常不能解決問題，這時擺在化學學家面前的任務就是要審查理論的立足點，提出新的假定，完善新的理論體系，于是數學學就發展了。這些發展是跳躍式的，常常不能靠邏輯來說明。新的理論構建以后，最重要的事情是尋求實驗的支持，以判斷理論是否符合實際。實驗—理論一實驗，這就是數學學發展的基本模式。
四、假說是完善和發展數學學理論的橋梁
假說對于數學學理論的產生和發展，有著極為重要的意義。毋庸置疑，數學學研究的基礎是觀察和實驗。但科學觀察和實驗總是帶有目的性的，它必須在一定的動機支配下，根據某種預定的計劃、方案、方法進行。這就須要假說。假說提供了實驗的課題、任務、甚至技巧。可以說，沒有假說，就不會有系統的科學觀察和實驗。近代初期最重要的觀測，當推第谷的天文觀測。但是第谷的觀測卻是在地心體系的假說指導下進行的。他自己就說過，沒有一個世界體系理論的指導，就難以進行觀測。
假說制定觀測和實驗的任務及途徑，賦予觀察和實驗以明晰的自覺性和高度的主動性。這一方面表現在為了否認假說而設計觀察和實驗；另一方面也表現在為了否定假說而設計觀察和實驗。知名的漢堡斜塔落體實驗，就是伽利略為了否定亞里士多德關于“重物自由下落較輕物快”的錯誤假說而設計進行的。實驗結果推翻了流行12個世紀的錯誤假說，形成了全新的自由落體定理。
進行科學觀察和實驗須要假說，把觀察和實驗得到的資料上升為理論同樣須要假說，數學學理論是對自然界客觀規律的正確認識。并且因為深受各類各樣的條件限制物理學的定義是什么，人們不能一下子就達到對客觀規律的真理智的認識，而常常要依靠于假說這些研究方式，運用已知的科學原理和事實去探求未知規律，不斷地積累實驗材料，降低假說中的科學性的內容，降低假設性的成份，逐漸地構建起正確反映客觀規律的科學理論。隨著實踐的發展，又會出現以前的理論所不能解釋的新現象，這就須要提出新的假說，完善新的理論。數學學就是順著假說—理論、新的假說—新的理論……這個途徑愈來愈豐富和發展，愈來愈趨向構建。為此，有人將假說稱作科學理論的胚胎，這是絲毫不過分的。例如，1905年愛因斯坦提出的“光量子”假說，蘊育著量子論的誕生。雖然是有些錯誤的假說，但仍然還能為之后新假說的產生和新理論的成立提供科學材料和個別局部的正確原理、方法、公式、定律等。諸如，地心假說是錯誤的，卻為以后的哥白尼構建日心假說積累了大量材料。
還有些錯誤的假說，可以啟迪人們的創造性思維，由此形成出新的假說、乃至新的數學學理論。這在數學學史上也是不乏其例的。眾所周知，“以太”的假說是錯誤的，17世紀時它是作為一種特殊的物質被引進數學學的。但是，“以太”假說除了在數學學思想的發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。由于人們為了確立以太的存在，曾試圖觀測“以太風”。這樣,“以太飄移”的實驗觀測,從1728年的早期探求后，就被廣泛地進行著。并且1887年7月邁克爾遜—莫雷實驗卻表明：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于以太甩尾“零結果”的卓越看法的啟發下，徹底否定了“絕對空間”概念和“靜止以太”假說的存在意義，運用“思想實驗”，重新提出了兩個基本假說——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。
結語
“物理學”概念的內涵己經且正在發生著演化，假如說數學學過去在物質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學家的打破常規的勇氣和探求精神密不可分。這么，明天和今天的人們將進一步認識到數學學是一套獲得、組織、運用和探索知識的有效方式，這是至關重要和更有意義的。這樣的認識無論對學習數學的人還是院士化學的人都應成為其指導學習工作的原則，一旦化學學方式論思想真真實實地被人們所把握，這么學習數學的人就不再見滿足于背點概念公式做幾道題，而是更側重在一定的基礎上對數學思想、物理方式的感悟，并能在眾多領域得以應用。其實，化學方式不是空談即能把握的，它只能產生于良好的數學專業素養之上。這要求廣大化學教育工作者必須旨在于履行素養教育，良好的化學專業素養主要彰顯為清晰全面確切的化學思想、扎實的物理應用能力和較好的實驗能力幾個方面，簡言之，即具備良好的理論素養及實驗素養，且對中學生打基礎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:“在中學成績好，就做理論；動手能力強，就做實驗。這些觀點是完全錯誤的。好多成功的實驗化學學家都精通理論，做實驗最重要的是找題目，動手能力、做法是次要的。”
另一方面，化學學發展史告訴我們，一流的理論化學學家常常也具有扎實的實驗基礎。牛頓做過許多知名的實驗，愛因斯坦讀學院時也曾用很大精力做實驗，這對他后來獲得巨大的理論成果至關重要。
“物理學是一門實實在在的科學，是一門久經考驗的科學，是一門偉大而繁重的科學，這些曇花一現的理論、學說和化學學是無可比擬的，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，化學學的發展猶如宇宙演化一樣永不止息。”
這話愛情色調較濃，但不無道理。
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《物理學的概念與文化素質》
作者：[美]阿特·霍布森（Art）
譯者：泰克誠，劉培森，周國榮
《物理學的概念與文化素質》的原書是一本在日本非常流行并廣受好評的工科數學教材。作者Art三十多年來懷著提升公眾科學素質的強烈使命感，孜孜以求，旨在于對工科中學生的科學素質教育。他主張教給中學生最新的化學學，側重講清楚化學概念和完善鮮明的化學圖象，采用不用物理的概念式教學；他積極涉及社會生活中與化學學有關的眾多熱點問題，如臭氧枯竭、全球變暖、技術風險、能源、核動力、核裝備、偽科學等。作者因為本書和他倡導講授與科學有關的社會論題，于2006年獲得英國化學班主任商會頒授的密立根獎。在日本有130多所中學采用這本書作為工科數學教材。
《物理學的概念與文化素質（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，譯者嚴謹推敲，與作者配合默契，因而翻譯質量堪比上乘。