是什麼割裂了物理學和化學？

01-04

物理學和化學的基礎理論有很大一部分是相同的，從何時起有了不同學科的差別？
現在物理學往往與數學，機械，電子聯繫在一起，而化學往往與生物，化工，材料聯繫在一起？

more is different, 所處能標不一樣，理論自然會割裂

化學處於原子分子能標範圍，

高能物理處於亞原子能標範圍

凝聚態處於大量原子分子能標（我覺得這裡和化學有諸多交集）

比如量子化學裡面的化學鍵的理論，物質結構的理論，導電導熱性的解釋，溶液中化學反應的解釋等。

生物學，處於細胞能標

社會學處於以人為單位的能標。

我是不明白為什麼「基礎理論」相同就非得是一個學科。

更何況物理和化學兩個學科的其「基礎理論」相同也是近一百多年的事情，是科學不斷發展的結果，至少也是化學和物理研究都從宏觀進入微觀之後的事情了。

古典的「科學」發源於早期的自然哲學。很多人認為這就是物理學的開端，其實不如認為這是一切「科學」的開端——那個年代是無所謂到底是物理還是化學的，因為無論現在看來屬於物理的問題還是化學的問題，都是由同一批人來研究、來討論。

只是隨著人們對自然認識的不斷深入，開始出現一些無法用一成不變的研究方式解決的問題——這些問題要求人們在不同的範疇內採用不同的思維方式、研究方法。剛開始還好，但是這種問題越來越多了，一個人的精力和能力已經掌握不了那麼多不同的思維方式和研究方法了，這才形成了化學和物理兩個學科。物理濫觴於力學研究，化學濫觴於鍊金術，在這兩個學科形成雛形的時候，其「基礎理論」就已經不能說是「很大一部分相同」了。17世紀，近代物理學和化學真正出現的時候，物理學家和化學家鎖掌握的知識，所研究的對象，這兩個學科的理論基礎已經很不一樣了，如果加上生物學，那麼更是如此——物理學、化學、生物學在那個年代就是為了解決三個方面不同的問題而設立的，雖說可能有互相的借鑒，但是大部分情況下是互相孤立的。

直到18世紀之後，科學研究愈加深入了，人們對自然現象的認識越來越本質了，尤其是從宏觀進入微觀了，物理學、化學和生物學才有開始融合交叉的勢頭。物理化學這個概念的提出就已經到了18世紀中葉，生物化學這個詞是到了19世紀末20世紀初才出現。現代物理和現代化學理論中重合最大的部分，也就是物質結構理論的部分，則全部都是19世紀之後提出的，真正被實驗驗證則都是在20世紀。

舉個例子。

物理學家研究微觀粒子的運動規律，但是當尺度從微觀開始向宏觀轉變，無法控制的變數開始增加，傳統的物理學研究會因為數學工具不夠強大而受到束縛——但是不能就這麼算了，社會還是要進步。物理學家不可能模擬出來一個進行著傅克反應的燒瓶中每個粒子的運動規律，但不代表我們就不能知道這個反應的結果——我們還是可以知道，用化學的方法，我們不需要知道微觀上的具體過程，也能利用傅克反應製造出來的產品造福人類。

隨著科學的進步，盲目的嘗試和窮舉式的化學研究已經無法解決問題了，這才有理論化學、計算化學的蓬勃發展——這是物理學向化學的滲透。現在研究凝聚態物理，研究光電材料的研究生們，也需要用很多化學的方法去製備材料——這是化學向物理學的反哺。

同樣的。

生物學家研究動物的生理，植物的生理。解剖學發展起來之後開始研究器官的生理，組織的生理。有了顯微鏡之後開始研究細胞的生理，再往下研究就動不了了。但是生物學研究的尺度下變數更多更複雜更無法控制，停留在細胞尺度上明顯無法解決問題，所以才有化學向生物學的滲透——分子生物學。同樣的道理，化學發展之後人們總會把合成新物質、生產新產品的任務交給化學家，但是隨著發展也有很多化學家做不出來的東西，發酵工程和酶工程就可以解決這些問題——這是生物學向化學的反哺。

但是這種融合併不是回到原初的古典的自然哲學，把物理、化學、生物等等統一成一個大學科，而是繼續細分下去，開創許多新的解決更加具體、研究更加詳細的問題的交叉學科和研究方向。

至於題主認為：

現在物理學往往與數學，機械，電子聯繫在一起，而化學往往與生物，化工，材料聯繫在一起？

那一定程度上是錯覺。生物和物理關係遠？其實還是有生物物理學這個學科。對於光電材料研究，決定材料本身的性能就的大部分是物理和物理化學的知識，但同時這些材料的製備就又是純粹的合成化學的內容。電子就更不用說了，半導體材料的製備。化工中還有大量的熱學知識的應用。而且隨著科學技術的發展，這種複雜的交叉會越來越多。

首先，物理和化學先是各自獨立的學科，隨著各自的發展，然後才發現它們的共通之處。歷史上從來就沒有被「割裂」過，相反，它們正在融合。

其次，化學專業的基本課程是所謂四大化學，無機化學，有機化學，分析化學，物理化學，一大半都是在講物理，根本不存在所謂的「割裂」。例如：

無機化學中的晶體理論，元素理論，固體理論等等；

有機化學的每一個分支都離不開化學鍵理論；

分析化學，光譜、XRD，紅外、電鏡、核磁等等一系列分析手段，都是物理理論的直接應用；

物理化學，基本上就是熱力學和統計力學；

如果說起我的專業，化工，物理的東西更多，我們干化工的，看家本領可不是化學，而是工程力學、流體力學和熱力學。

最後，但也是最重要的，學科的分類與它們是否有共同的基礎是無關的。說到底所有的自然學科都有著共同的基礎，但是你要是認為它們不需要分學科那就大錯特錯了。按照純還原論，世間一切都取決於基本粒子的運動，那麼我們是不是只要一個量子力學就夠了？

要知道，在不同尺度上，由於複雜性的數量級變化，會不斷有新的性質湧現（emerge）出來，這些新的性質屬於具有不同複雜性的整體，而不屬於還原論下的個體。比如說，熵、溫度、壓力這些概念屬於熱力學尺度，單個粒子是沒有這些概念的，而細胞、組織、器官屬於生物學尺度，群落、種群屬於生態學尺度，國家、政黨則屬於政治和社會尺度。每個學科都有它獨立的性質好規律。我們在考慮化學的時候，還有些部分要直接考慮量子力學，但是你研究股票的時候，難道還需要量子力學嗎？

就像是下圍棋，只知道圍棋的規則（好比是薛定諤方程），你還遠遠不能算會下圍棋，你還需要諸如定式、布局、手筋、收官（熱力學、化學、生物等等）。

【本答案只是舉了栗子】

來先拋觀點，物理和化學是在以不同的角度解釋這個世界的規律，實際上都是對物質的研究。

前面有人提到了高中物理和高中化學中的楞次定律和勒夏特列原理驚人的相似，體現了自然科學規律的高度統一。那麼在這個答案里，我打算再舉個例子。

無機化學裡有一節是專門闡述分子軌道理論的，如下圖；

化學的分子軌道理論，是基於s p d f軌道的軌道雜化理論。例如s軌道和s軌道「頭對頭」形成σ軌道，p軌道和p軌道「肩並肩」形成π軌道。整套理論很「具體」、很化學。

除了化學，在遙遠的物理也有自己的一套理論來解釋電子相互作用——密度泛函理論。這裡多說一句，雖然密度泛函理論(DFT)獲得的是諾貝爾化學獎，但其實獲得者科恩（Kohn）是如假包換的物理學家。後續為DFT添磚加瓦的沈呂九(Sham)更是加州大學聖迭哥分校物理系的系主任。也就是說密度泛函，很物理，原因在於其是基於「非類氫體系薛定諤方程無法求出數值解」這一實際物理問題而誕生的，也能算是量子力學的補充和延續。

扯遠了，說密度泛函是為了引出計算材料學，基於密度泛函理論的商業軟體可以幫助我們方便的算出材料體系的能帶結構。而能帶結構是基於能帶理論的固體物理的內容，具體展開沒有必要，觀眾只需知道材料計算的計算方法和計算出來的東西都很物理。

那好，重點來了；

上圖是我的一張組會ppt，左邊是基於DFT的商業計算材料軟體所計算出的F2的態密度(電子的能量狀態分布)圖，右側是基於化學分子軌道理論的F2軌道雜化圖。

發現什麼了嗎？兩者完美對應啊！左邊態密度一個峰就代表在這個能量下存在電子密度，費米面(0eV處)以下代表電子全滿，費米面以上全空，恰好反映出σ*2p軌道全空的狀態，態密度峰的高度也與軌道理論中的軌道數目相對應。具體細節大家可以點開大圖自己看看，觀眾就只需知道存在對應關係即可。

出現這種情況的原理也很好理解，能級分裂這一現象不會隨化學/物理學科的轉移而轉移，客觀事實就在那裡，你走化學那條路可以到達，同樣走物理這條路也能到達。

p.s.本來想解釋一下讓不懂物理化學的同學也能看懂，但後來發現解釋起來太費事了...其實大家看到左圖從右往左剛好對應右圖從上往下即可，左圖橫坐標是能量、右圖縱坐標是能量。

個人認為，之所以題主認為物理學與化學被割裂，是因為現行基礎教育過於只注重科學知識的介紹與應用，並不涉及科學史的知識。

天文學也涉及了經典力學、廣義相對論等許多物理學知識，那麼題主為何不認為天文學也屬於物理學的範疇呢？

學科的劃分，主要依據的是研究對象與研究方法，當然也與學科發展史有一定關係。

其實，化學與物理學的關係，與天文學與物理學的關係是非常類似的。物理學側重於對自然界普適定律的研究；化學側重於從原子、分子層面研究物質的理化性質與化學反應；天文學從天體、星系、宇宙的層面研究它們的形成、結構、運動及演變。

由此可見，物理學是其他一切自然科學、工程、技術的基礎。任何自然現象都必須遵循物理學定律。化學、天文學等其他自然科學則是對某一層面中自然現象的具體研究。

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最後，回到題主的問題：是什麼割裂了物理學與化學？

首先，物理學與化學發展史不同，自然會各自獨立發展。物理學是從伽利略的經典運動學開始發展的；化學一開始就涉及量子力學原理，而這門學科剛剛形成時，還沒有量子理論，近代化學的蓬勃發展離不開量子力學在化學上的應用。比如現行高中化學課本《選修 3：物質結構與性質》，就大量地利用了量子物理原理，解釋原子和分子的結構；《選修 4：化學反應原理》完美地體現了經典物理學方法在化學中的應用，其中的熱化學與電化學板塊，也向我們展示了許多經典物理學與化學之間的交叉地帶。

其次，物理學與化學在研究對象與研究方法也有一些差異。物理學理論通常是以原理和定律的形式描述的，而化學則對元素與分子的研究、分類與工業應用非常詳細。

實際上，物理學與天文學在研究對象上的差異也十分類似。下面，舉一個經典的案例：物理學與天文學都研究黑洞，但物理學家側重有關黑洞的普遍原理，並預言只要人類相關技術發展到一定程度，我們就可以利用地球上的物質造一個黑洞；而天文學家則更側重於黑洞與天體、星系演化，以及宇宙命運的關係。

同樣地，如果由物理學家去研究元素與化學分子，他們也會更側重與對其普適定律的研究，至於更詳細的分類、毒性與工業應用，則不做深究。至於溶解度與揮發性，則可能會被描述成某個定律或者原理的推論，或者會涉及一些新的原理，甚至只是「一道例題」。化學中常見的溶解度、揮發性表，對於它們來說或許並不重要。這一點，可以聯想中學物理與化學課本對密度、物質結構、分子動理論等概念的不同研究視角。

最後（貌似也可以說成是最重要的），我們肉眼可見、賴以生存的宏觀物質世界，其性能主要取決於構成它們的分子的物理、化學性質。對其加以系統研究，人類才能根據自身需求，合成有用的新物質、新材料與新藥物。

物理和化學需要的思維方式不太一樣。當然現在已經很難有純粹的物理學一說了，很多物理系的都在搞生物或者搞材料，而化學因為其中心學科的地位，已經其很大程度上是一種創造（合成）而非對規律的總結和歸納，因此化學的分支反而越來越多。純粹的物理需要理性的思維、嚴謹的邏輯和良好的數學基礎，對於普通化學家來說，這些都不是必須的，相反創造性的思維、舉一反三的能力和實幹苦逼精神，確是至關重要的。

認知

現在的科學研究早就把物理和化學融合在一起分析了，也是符合客觀規律的

要說「割裂」肯定指的是早期

早期研究的物理都是宏觀，經典的，

而化學當時根本不叫化學，叫鍊金術，

認知上就覺得是八竿子打不到一起的東西

也難怪其在發展過程中一度被「割裂」了

理綜第一定律：

楞次定律、勒夏特列原理、負反饋調節機制

誰跟你說割裂了的，這明明大一統嘛

複雜性

我認為不存在「割裂」一說。物理學和化學本來就來源不同，而從量子理論建立以後倒是越來越有融合的趨勢。

物理學起源於哲學中對於物質本源的研究，在近代之前物理學和哲學本就是不分家的。經典物理的基石就是牛頓爵士所著的《自然哲學的數學原理》。但自此之後物理的畫風變得越來越定量、越來越依賴數學，因此才與哲學分道揚鑣。

而化學(chemistry)起源於古代人們對煉丹、煉金(alchemy)的經驗總結。為了描述這些現象鍊金術士們提出了種種唯象理論，這個時候物理和化學基本還是不沾邊的。18世紀近代意義上的元素由拉瓦錫第一次提出，這是化學理論發展中的一大里程碑；而元素周期表的建立更是標誌著人類對於分子體系的唯象描述達到了登峰造極的地步。但是為什麼不同元素會存在、為什麼它們會有周期性等等問題依然存在。

20世紀初，量子物理的第一個大勝仗就是對於氫原子電子軌道的精確描述。雖然有兩個以上電子的體系就難以解析描述了，但是理論物理學家和化學家們將量子方法發展到了多電子體系；計算化學更是借著摩爾定律的東風發展了起來。現在密度泛函理論已經可以處理蛋白質大小的體系，而有機化學家、生物學家們在做實驗之餘也越來越多地藉助模擬的手段獲得insight。在同一工作中結合實驗和計算甚至變成了在JACS，Angewandte Chemie這些好期刊上捷徑。

可以說，在各自幾千年里的發展中，物理和化學的結合從沒有像現在這麼緊密過。

是物理化學

這個問題，不光要考慮學科的現狀，還要考慮歷史的進程。

放到幾百年前，我一個夜觀天象的怎麼也想不到我研究的東西和你一個煉丹的有什麼關聯。

化學是物理工程，物理是數學工程。

哥，我就是在物理化學課上用我顫抖的雙手打下的這行字。

怎麼割裂了？

那麼多學物理學家領化學獎的，能要回來不？

物理化學前幾天才考完，我姐問這兩門考得如何：）

題主你想想是什麼割裂了高能物理和凝聚態物理，又是什麼隔裂了量子物理導論第三章和第四章……

我想說從沃森（生物學家）和克里克（物理學家）與泡林（現代化學的奠基者，價鍵理論的提出者）競爭解析DNA的結構的那幾十年前起，化學，物理，生物，數學就緊密結合在一起了（克里克用傅立葉變換證明那十字交叉的衍射照片表明DNA的結構就是雙螺旋）。更不用說孟德爾把數學引入遺傳研究了。測序技術又把計算機科學引入到生物學研究中了。所以現代的生物學是物理，化學，計算機科學的大融合的前沿。

物理化學，非要說割裂的話.......應該是初高中的化學物理吧，到了大學

。。。。

請看《物理化學》《材料物理》《材料化學》《結構化學》《納米材料》《陶瓷材料》。。。。。等等

然後你就會懷疑我特么這是在學化學？我特么是在做合成？

不是割裂，兩門學科研究的範圍不同。就好像造汽車的和造飛機的兩個行業，但都屬於機械製造。

而且割裂一詞不妥，實際上不是割裂，是分割來進行更好的研究。

兩者還是有聯繫的，在物質結構，核物理，量子物理學方面很多都是交叉的。而且化學裡有個分支叫物化，物理里也有個課叫化學物理。這就好比不管你是在飛機還是在汽車，你都需要輪胎一樣。