化學本質只是物理的分支嗎？或者說是物理的一種表現形式嗎？

01-02

和老師、喜歡物理的同班同學都討論過這個問題，化學的本質和物理真的一致嗎？或者說人們只是通過化學現象來推斷物理上的一些結論？

物理內部有很多分支，比如高能物理、宇宙學、天體物理、凝聚態物理、量子光學、原子分子物理、等離子體物理。

把化學與它們並列，從學科結構上來說，未嘗不可。

但是這裡有一個很重要的區別，即系統複雜度，或者說學科廣度。

從這個角度上看，化學的廣度是物理下其它分支所難以企及的。一個典型的物理分支，有著有限的研究對象和模型，和更大的理論深度，它的模型比較簡單而抽象。反觀化學，涉及到人類的地球生活的方方面面，化學物質數量、狀態眾多，反應類型、機理眾多，不一而足，但是理論深度很難挖掘，畢竟多原子分子的物理模型就已經非常難解了，許多都依賴唯像模型。這些特點使得它與物理的其它分支相比有著明顯的特點。

同樣，生物和化學相比，其理論深度又會更淺，因為系統更加複雜，涉及到的多樣性更大。

但不管怎樣，它們是同源的，而這個源是屬於物理範疇的。這也是為什麼物理學界有個夢想：The Theory of Everything。敢這麼說也是要有底氣的。

另外，大家有興趣可以了解一下這個詞：呈展論

個人支持軟層展。

科學是內在的整體，它被分解為單獨的整體不是取決於事物本身，而是取決於人類認識能力的局限性。實際上存在從物理學到化學、通過生物學和人類學到社會學的連續的鏈條，這是任何一處都不能被打斷的鏈條。

——普朗克

物理研究物體在時間和空間中的運動；fundamentally，研究基本粒子在時空中的運動。某種程度上，物理學家的究極夢想是通過宇宙中基本粒子的某個狀態和基本物理法則推演出這個狀態之前和之後整個宇宙基本構成的運動軌跡。而由這些就可以推出其他學科（生物學，經濟學，心理學等等），即special science的法則。化學屬於special science的一種。

歡迎討論。

論題這句話本身沒錯，但如果望文生義產生出「化學不如物理」則是誤解。

當化學追究到本質、原理層面，也就是粒子間的相互作用，比如說化學鍵，這自然就回歸到物理的範疇。（也因此這個世界上有兩個學科，分別叫做化學物理學和物理化學）。所以說「化學是物理的一種表現形式」這句話本身並沒有錯。

但是化學在其較宏觀的研究層面上，發展成一門足夠大的學科，有自己一套龐大而獨立的體系，與物理學的研究方向完全不同；就日常生活來說，涉足食品、藥學、能源、材料等等。如果你叫一群研究量子物理——深諳「化學本質與基礎」的人，去從事這些行業，卻什麼都幹不成。物理是化學的基礎，不代表學了物理或了解了化學基礎原理就能涵蓋化學的大量知識，更不代表物理比化學更高一籌。

說實話，真要追根朔源的話，沒什麼自然科學的「基礎」能脫離物理，畢竟是萬物之理——地質是地球的物理，生物的構成和行為歸根結底是化學作用（然後化學又歸根結底到物理），天文、氣象什麼的就更不用說了。但又如何，總不能因此把什麼都撤了光留一個物理吧。

這是我在知乎的第一個回答，如有不周到之處，還請各位務必指出。

化學中處處可以看到物理的影子，比如說反應機理之類的。物理可以解釋一個或幾個分子的行為，但是到我們日常生活中化學反應的數量級就無能為力了。化學則是從一個宏觀的角度來研究分子活動的，事實也證明了這種角度的研究是有巨大意義的。就現在來說，物理不能替代化學，就好像我們不能僅僅從化學角度來解釋細胞活動，不能僅僅從細胞活動的角度來解釋生物活動一樣。

我們現在都知道，化學研究的是分子層面的運動，但是別忘了，化學的前身鍊金術（或者我國的煉丹術）可沒有什麼分子原子的概念。古人看不見分子原子，卻能看見一些化學反應。化學一開始只是一門純粹的實驗學科，就是到現在為止，化學中大部分的理論都是在發現現象之後才得出來的。而且化學最初的理論都是宏觀角度的，當人們知道木頭燃燒生熱的時候，人們並不知道為什麼會這樣。從化學角度來解釋，可以說組成木頭的某某物質在有氧氣、達到燃點的條件下可燃。但要從物理角度來說關於一種分子與另一種分子在什麼條件下形成什麼中間體再拆分成什麼和什麼分子，這就是1900年化學家也不知道啊……

至於說人們只是通過化學現象來推斷物理上的一些結論，我就呵呵了。誰學誰知道……就以上面的例子來說，物理角度的解釋或許才是本質，但是它只有基於化學角度的解釋才有意義，這就是為什麼對化學反應物理角度的解釋也是歸類在化學學科的研究範圍之中。

化學之所以能夠作為一門獨立的學科而存在，就是因為它獨特的研究角度與巨大的研究價值。原諒我不能清楚地描述化學，其實其中頗有些只可意會不可言傳的感覺，總之化學獨立的存在是有其必然性的。要是有人堅持要說化學只是物理的分支，那也沒什麼，因為物理就是萬物之理嘛，什麼不都是萬物之理嘛……

這是不是馬克思主義哲學課的後遺症？萬物離不開辨證法，有區別就必有聯繫，聯繫是有區別的聯繫，區別是聯繫著的區別，世界萬物是一個互相聯繫的整體！入腦了之後就想到處驗證——是不是呢？物理、化學、生物——整體與部分！如果整體是部分的簡單加和，那就是「形而上學」，扣分！所以一定要是「相互聯繫的有機整體」這才是馬克思主義哲學。至於怎麼聯繫，哲學不細究，我還不能細究一下嗎？於是經常在洗澡的時候想這個問題。這就有點像命題作文，先規定它們一定有聯繫，再讓你去牽強附會自由發揮，那當然會看到很多這樣的抒情體會有感作品，特別是翻開校報校刊的時候。

但是這天問又很普遍。特別是正在學習基本常識的中學生們經常產生這樣的問題。我當時也愛想類問題。所謂「這類」，是指類似的問題具體有很多種問法。例如化學追究到根本是不是就是物理？那化學是不是就不如物理牛逼？那生物呢？那能不能光用物理公式就把化學全部推出來？問這種問題很輕易，但你要是能夠看到什麼答案，那必定是各種廉價的胡扯（哪怕你找到什麼大物理學家或者大化學家的某句quote來膜拜），因為這個話題中可供認真探討的部分真的很少。

我覺得對尚處於學習階段的人士（就是學生吧）來說比較有益的是接受一些已經獲得共識的概念和觀念，而不急於去統一。

對於這個問題首要的共識就是，先不管物理和化學具體如何定義和區分，它們都是自然科學，所以它們的研究都遵循科學方法。研究所謂物理（因為還沒去區分所以加個「所謂」）和研究所謂化學基本思維邏輯是一樣的，評論實驗結果的標準是一樣的。

其次，物理、化學和生物等大類的區分，是科學史現象。最直接的區別僅僅是它們的現代發展歷史是相互獨立的。現代化學也許一般認為從道爾頓的原子論開始（「一般認為」是指歷史學家的主流共識，因為史學細節上的爭議不影響結論）。雖然道爾頓的原子模型也是現代物理學發展的一個重要歷史事件，但現代物理學的開始一般認為是從伽俐略開始的。更為簡單的說法就是物理髮展自占星術（主要是天文學，但也包括文藝復興時期自然哲學的復燃，例如伽俐略關於運動學方面的成果，即「一個木塊從斜面上滑下」，「一個單擺不考慮空氣阻力」之類的問題）。而化學是從煉金髮展而來的。所以才說是互相獨立的歷史。現代化學的開始並不是現代物理學的發展結果，這才區分開來。否則，既然都遵循相同的邏輯方法，如果僅僅從是研究內容上劃分物理和化學，那為什麼非要這麼劃分而不那麼劃分呢？我經常強調「科學何以為科學」是由科學史定義的。具體來說也是一樣的，物理或化學為什麼是今天這個樣子，都是由物理或化學史定義的。並沒有什麼冥冥中的真理在引導著人類的認識路徑，並不存在說物理和化學「終將XX」。以前是「走著瞧」，將來還得「走著瞧」。

從當前的研究現狀來看，區分物理和化學的必要性確實不大，但是在教學上仍然是分開的。正是因為這個原因，愛問二者聯繫的都是學生居多。現在無論研究什麼課題（我是專指know why式的基礎研究），都是按照科學研究的思路去分解成各個小問題。無論它涉及到了物理還是化學知識，只要邏輯上繞不過，就必須回答。但是我們的教育背景卻有著明顯的物理或化學的區分，所以現在科學研究很講究合作，即所謂的「交叉」。其本質其實是我們教授知識的方式習慣以講故事的形式，於是自然會按照歷史認識順序由淺入深地組織書寫教程。既然歷史上物理和化學是獨立發展的，那教授的形式就也獨立了。很多人簡單地認為是知識量太豐富了所以要分。如果是因為知識量太大，光分成物理和化學也不夠，現在也確實分得更細。但是仍然我們會把一堆專業歸為物理，一堆專業歸為化學，說明知識量豐不豐富沒有關係。原因還是歷史的緣故，跟內容沒關。

簡單地說，物理與化學的區分，從表象上看是內容上區分的，實質是各自發展歷史相對獨立所造成的區別。其實質沒有區別，都是科學，都遵循科學研究方法，都按相同的評判標準。沒區別何談聯繫。

最後談一點比較微妙，不是共識的一家之言（即本答案開頭所說的「扯淡」）。化學的跟學物理的是否有著什麼截然不同的精神特質，特指那種超越了「每個人性格本來就不一樣」這種層面的，真真正正是由於學的是物理和化學所帶來的不同特質？而且這必須只區分到物理vs化學為止。實驗物理和理論物理必須共有，合成化學和理論化學必須共有，但兩個陣營之間則要區別明顯，這才能叫「物理」和「化學」之間的區別。我看是有的。它們的精神上的區別，實際上還是來自於他們的「祖先」：占星和煉金。

占星的精神實質就是觀察-建模-解釋-預測。我們現在的物理學過於成功，明明我們討論的已經是遠超出人類感知的時間和空間的時間尺度，但許多模型和圖象已經被當成了事實。想要正確理解現代物理學研究的實質想想占星就行了。占星就是我們沒辦法觸碰到那些星星，但我們非常不辭勞苦地觀測，記錄，哪怕數據量很huge（cf 第谷），我們僅僅滿足於找到一個模型，能夠套這些數據。其實地心說和日心說只是兩套數學試圖把當時觀察到的幾個行星套進去，日心說比地心說在數學上簡潔一些。然後我們無非就是為了解釋。真正的占星無非是go too far，想要解釋為什麼今天心情不好，想預測明天心情好不好。只不過現代科學講究你的解釋和預測定量，要用數學的語言，於是很多東西我們就放棄研究了（例如心情好不好），而已。

煉金的精神實質就是獲得自然界沒有的物質，而且最好是神奇的物質。方法就是加熱、蒸餾，重結晶等等。非常珍視一個靈驗的recipe，一套行之有效的反應路徑，以及不厭其煩的純化提煉，心中只有一件事，產物產物產物。一個苦逼的現代化學PhD就是這個樣子的。雖然現在JACS已經有很多亂七八糟的花哨paper來吸引廣泛的讀者（hence 引用數），但是有一種paper非常悶但是JACS從來不會丟，那就是graphical abstract只有一條孤零零的化學反應式的paper。只有非常皈依化學的精神實質的人，才會知道一條望之平平無奇的反應式的偉大。才會覺得它的工作不需要畫什麼很漂亮的彩圖，卻自豪於一條式子。這種精神實質也是每個化學系學生翻爛了那本有機化學人名反應之後無形中建立的。

最簡單的：物理學中用人名命名的都是方程，化學中用人名命名的是反應。這代表了兩撥人實質上珍視的是什麼東西。好像英語都叫equation，但使用起來就發現區別了。在使用物理的某方程的時候，我們根據問題確立邊界條件，把方程的解拿出來，然後比較一下現實（解釋和預測）；在使用化學反應方程式的時候，我們根據反應式的要求，把產物準備好，蒜兩瓣、糖一茶匙，按順序加入，大火炒小火燜。最後嘗一嘗（是指用NMR和HLPC來「嘗」）。說白了就是前者是占星後者是煉金。話說化學研究做得好的，一般做菜也很不錯。物理則沒這一說。

一個物理學家，興趣再廣泛，也不會去熱衷於化學反應式。而化學家很少會持「觀察、記錄、建模」這種detached的態度來做實驗。相反，一個化學家習慣性的動作會去打擾對象：加熱一下看看？加點指示劑看看？滴定一下？抽提一下？雖說物理和化學遵循同一邏輯，但化學研究中證實一件事情往往伴隨著製備（獲得）一個產物。

當然，前面都說了，現代的研究課題沒必要區分物理與化學了，那麼從精神實質上講，其實就是說，現在我們做研究，經常既需要佔星又需要煉金。

當今化學已經發展出一大堆小分支，其中的某些小分支甚至可以看做是物理，比如理論化學、量子化學以及核化學等。

化學與物理交叉的部分，化學家稱之為物理化學，物理學家稱之為化學物理。

題主指的「化學的本質」恐怕沒人可以給出定義。化學的「微觀部分」確實很大程度上跨入物理領域。但是化學的很大一部分內容研究的是分子、超分子水平的問題，這部分化學的「本質」很難與物理統一。

物理更接近物質世界的本質，以至於教皇一直指責物理學家在搶上帝功勞。不過，物理想來占化學的地盤？先搞好你們的大統一理論吧。

試從物理角度解釋紫杉醇的任一個全合成。呵呵……

用簡單點的語言來講。根本性的規律是所謂的基礎物理。比如，量子力學，相對論。

但是這些根本性規律研究的對象都是一些物質的基本組成部分，原子，電子，質子中子，各種基本例子。麻煩是任何日常人生活接觸和想要了解的都是由巨量基本例子組成的。一滴水裡可能就有10的十多次方的水分子組成。這麼多互相聯動的變數，每個都需要一個基本方程描寫。那麼問題來了。

這不是一元n次線性方程啊！即使是線性方程組，這麼多變數，這個巨型矩陣也是無法解的。

因此，需要做些高層次的再抽象。這就好比統計物理學，熱力學。不需要事事都回歸基本例子的描述。

這樣，一個層次一個層次的外上抽象，就有了化學，生物化學。。。地球化學。。。

所以在不同的時間和空間尺度上，我們需要不同的工具來了解。這個選擇本身也是科學一部分，而且是不得不做的選擇，因為凡事都回歸基本物理學，那是不能解決問題的。

從不同的層面去解釋世界，（對現實世界）建模的精度不一樣而已。就像同一個設備，可以行為級建模（化學），也可以進行電路級建模（物理）。採用不同層面（精度）的建模，是為了提高效率，高層次的建模(化學)只是將低層次(物理)的封裝起來了，因為沒必要每一步化學反應都要放在物理這麼細的層面上去分析。就可以獨立出來化學了。

私以為生物和化學也可以這麼理解，在往高級還有心理學，社會學什麼的。

這是個複雜性問題，物理與化學複雜的程度不一樣，物理方程用來描述化學現象，需要用到近似。正如無法單純用化學知識來描述生物現象，正如無法只用生物學解釋心理現象，正如無法只用心理學解釋社會現象，作為更高層級的複雜系統，它就是不一樣。

生物的本質是化學，化學的本質是物理，物理的本質是數學，數學的本質是信息。

理論物理PhD，沒念完，退學去做碼農了，所以扯淡之處多多包涵！

我個人的理解（在我依稀的記憶里）是，化學反應涉及的能量交換，通常在eV量級，遠小於電子質量，因此非相對論量子力學即可處理。量子電動力學可以給出一個非相對論的相互作用哈密頓量，加上電子的動能項，就是整個體系的哈密頓量了。接下來，原則上按照標準的技術，解薛定諤方程求能級和波函數即可。

但是這個說起來容易做起來難啊！在任何非平凡的反應中，都涉及兩個以上的粒子（包括核和電子），因此這是一個非常複雜的量子多體問題，是無法嚴格解出來的。因此人們發明了各種近似方法，有些比較好理解，有些就比較奇葩了。有用場論的技術的，還有什麼緊束縛近似（這是物理學家的叫法，化學裡叫什麼我記不得了）等等。總之這個問題不像當初那麼困難了。

在這個過程中，化學家們發明了一些概念，比如軌道啊，雜化啊之類的，用來幫助他們的直覺，把他們的大腦從抽象的數學中解放出來。

能量再高一點，到MeV以上，非相對論的近似就不再成立了（電子質量0.5MeV，沒查，好像是么多）。這個時候，粒子的產生和湮滅已經沒法再忽略，因此需要一個結合了相對論和量子力學的、粒子數不守恆的理論。結果發現，朝向這個目標的深入研究推翻了原有的粒子和場的概念，產生了量子場論。

The Feynman Lectures on Physics Vol. I Ch. 3: The Relation of Physics to Other Sciences

The science which is perhaps the most deeply affected by physics is chemistry. Historically, the early days of chemistry dealt almost entirely with what we now call inorganic chemistry, the chemistry of substances which are not associated with living things. Considerable analysis was required to discover the existence of the many elements and their relationships—how they make the various relatively simple compounds found in rocks, earth, etc. This early chemistry was very important for physics. The interaction between the two sciences was very great because the theory of atoms was substantiated to a large extent by experiments in chemistry. The theory of chemistry, i.e., of the reactions themselves, was summarized to a large extent in the periodic chart of Mendeleev, which brings out many strange relationships among the various elements, and it was the collection of rules as to which substance is combined with which, and how, that constituted inorganic chemistry. All these rules were ultimately explained in principle by quantum mechanics, so that theoretical chemistry is in fact physics. On the other hand, it must be emphasized that this explanation is in principle. We have already discussed the difference between knowing the rules of the game of chess, and being able to play. So it is that we may know the rules, but we cannot play very well. It turns out to be very difficult to predict precisely what will happen in a given chemical reaction; nevertheless, the deepest part of theoretical chemistry must end up in quantum mechanics.

Blitz的回答讓我想到了一張蛇咬尾的圖。個人認為物理並沒有我們所想像的那樣保羅萬物，按照量級分是可以分清物理化學的。然而人們往往對它們的界限感覺模稜兩可，是因為它們兩個的關係確實密切。密不可分的關係導致難以劃分，也說明了現在單純做出物理研究需要一些化學底子，反之亦然。至於底子多厚，it depends.

「生物學家覺得自己很NB，化學家笑了；

化學家覺得自己很NB，物理學家笑了；

物理學家覺得自己很NB，數學家笑了；

數學家的覺得自己很NB，哲學家笑了「

對於這種論調，我們還是一笑置之吧

每個學科都有自己的主場，從古希臘開始發展到現在，基本是「你中有我，我中有你，我們再也不分離」的事態，學術界本身對研究的領域也沒有什麼嚴格的界限。

舉個栗子：

有個大名鼎鼎的科學家：盧瑟福，如果百度之，會發現對他的評價是：」被公認為是二十世紀最偉大的實驗物理學家，被稱為近代原子核物理學之父「，物理學家無疑。但這哥們最終得了諾貝爾化學獎，化學獎哦親。

要是硬說區別的話，我個人的感覺可以從研究對象的尺度上進行區別，物理研究極大極小，化學研究中不溜的。

化學研究對象的尺度在於10^-10到10^0這個範圍，主要包括納米尺度以下電子，納米級到微米級的分子，再到肉眼可見的一些化工級別的反應。而物理學則將研究尺度再往極致推進，從亞原子級別的質子、夸克，到更為宏觀的宇宙範圍的天文研究。

當然，這也很片面，比如物理學還包括力學，電磁學等等，化學與生物學也有很大的重疊部分。

總之，不論物理還是化學，都是科學他媽生的，都是一家人，名分就不必那麼較真了吧~~

別聽理論物理學家瞎扯，他們一直覺得覺得心理學不是真正的科學，他們一直覺得能用量子力學來描述大腦的活動。這是自大症的表現

理想情況：高能理論(量子物理，量子場論，弦論，TOE...)—積掉高能部分→低能理論。

即便你真的搞定了第一步，第二步也能累吐了血。

贊同@minglei xiao 的答案。生物化學物理研究的層次是不一樣的，每一個尺度，都會層展出不同的現象和理論。還原論很多時候只看局部沒能觀照到全局。就像物理裡面的熱力學本身，你不可能直接求解10^23個粒子的薛定諤方程，而是從統計出發，用很少的幾個量來描述系統；同樣也可以看物理凝聚態中的很多准粒子激發情況。

不廢話。當年遇到學物理的高中同學，吐槽如下：你們只需要處理的氫原子軌道，是有解析解的。而我們學化學的，最簡單的H2+軌道都要做個近似才能解出。這不是一個層次啊。

我想在這裡從哲學思潮上回答你的問題：

在有科學以來，人類對於世界的認識是這樣的：我們不斷地將看到的事物打碎，認為只要知道了這些碎片的特徵，那麼整體的特徵就知道了。比方我們認為物體都是有分子原子構成的，那麼只要知道分子原子怎麼運動，那麼物體是什麼性質就清楚了。同樣分子和原子是由電子和質子，中子構成，那麼知道了電子中子質子的運動規律，那麼原子或者分子的性質都知道了。

依據這種方式，我們還可以倒著看，因為我們知道了原子的運動規律，那麼化學反應都是發生在原子層面，所以我們就理解了化學，也理解了分子的運動規律。那麼我們知道有機物是大分子，自然大分子也是可以理解的，而細胞的各個部分都是大分子，自然細胞也是可以理解的。器官都是細胞構成的，自然器官也能理解。。。

我們把這樣一種思維叫做還原論，就是知道了部分就知道了整體。從這個角度看，只要理解了物理，時間所有的科學都明白了。

但實際上，你應該知道，化學是一門單獨的學科，有其自身規律。生物也是有其自身規律了，這些規律目前看來並不能從第一層次的規律導出。那麼有另外一種觀點，世界是分層次的，在每個層次上有其自身特徵，不能完全從下一層的規律導出。這樣一種觀點叫做層展理論（emergence），即世界是分層次展現出不同特徵的。

那麼看你是相信那種觀點，如果是還原論，那化學必然是可以用物理解釋的。如果是層展理論，這裡面就沒有必然的邏輯關係。