為何物理學的研究深度高於化學，化學的研究深度又高於生命科學與社會科學？

01-04

曾經有位專家說:「科學可按照它的研究對象由簡單到複雜的程度分為上游、中游和下游。數學、物理學是上游，化學、材料學屬中游，生命科學、醫學、社會科學等是下游。上游科學研究的對象比較簡單，但研究的深度很深。下游科學的研究對象比較複雜，除了用本門科學的方法以外，如果借用上游科學的理論和方法，往往可收事半功倍之效。」這句話的深層內涵是什麼？為何人類的知識會呈現這樣的格局，即某個領域的研究深度與研究現象的複雜度成反比？譬如，物理學的研究深度高於化學，化學的研究深度又高於生命科學。

題主所說的學科研究的「深度」本身是對科學課研究對象的一種客觀描述。實際上題主這裡用到「深度」這個概念包含了兩個層面描述——一是研究對象尺度的大小，二是研究方法抽象的程度。

至於研究對象的大小，這是客觀事實，不同尺度需要使用不太相同的手段去研究——這不是我們想要如此，而是不得已而為之，我們還沒有辦法把所有尺度上的事情用相同的手段去徹底研究；即便是同一尺度上的問題，我們也不敢聲稱實現了它的大統一理論。

至於研究方法的抽象程度——說白了就是數學化的程度，它看似是抽象與具體，理論與實驗維度上的討論，但本質上，它是體系複雜程度的討論。尺度越是小的研究，它的研究對象所包含的基本粒子越少，體系便越簡單——以致於簡單到可以讓人類使用數學去精確地描述它。尺度越是大的研究，它的研究對象所包含的基本粒子越多，體系層層疊加所體現出來的複雜結構使得抽象數學對其建模變得不再精確。把這樣的體系研究透徹所需要的智慧其實遠高於簡單抽象的、題主所謂的「有深度」的學科，只不過人類尚不具備這樣的智慧。

總而言之，學科之間肯定是有區別的，也是有著在某些討論維度上體現出高下之分的，但是——沒有誰是可以被替代的。

最後，我給大家講個故事：

前陣我去北大數學系找教授探討數學建模的問題，其中一人聽了我對問題（有關生物分子溶液自組裝）的描述，他認為我不了解自己的體系，因為化學分子一會這樣，一會那樣，無法用最為簡潔的數學語言進行描述——於是他覺得無法建模，並把責任歸因於我不了解自己所研究的體系。

然而，例如生物化學這類實驗科學所要面對的就是真真實實的小分子，它們的行為它們自己說了算，並不會去理會任何人類所提出的簡單模型；這就好比我們在處理社會問題的時候一樣，每一個人類個體都是複雜的，既不是絕對高尚無私的，也不是絕對理性自私（這裡的理性指的是西方經濟學中的理性人假設，並不等於終極的理性）的——簡單的建模有助於我們理解世界，但我們一定要意識到很多東西都只是近似，而不是精確。上面講到的那位數學教授，我說好聽點，那叫too naive, too simple；說難聽點，我就呵呵了。

所以——雖然學科之間存在這研究對象和研究方法上層次的區別，但是這種區別並不能轉嫁到研究該學科的研究者身上。也就是說研究數學的並不比研究物理化學的更厲害，反過來也不能成立。

結論1：任何一個個體智力和智慧上的區別和他所屬學科本身並沒有必然的聯繫。

結論2：任何嘴炮在實事求是面前都是戰五渣，學科層級不層級的不重要，誰能解決問題誰就是老大，誰行誰上。

結論3：學科之間的層次區別是客觀存在的，但僅此而已。想要獲得優越感，只能靠自己的實力，而不能考學科的層級。靠後者，那是自卑而不是自信的體現。

結論4：如果是拿學科開玩笑的，那就隨便開好了，比如我就回答過這個問題：如何表達「我化學沒學好」？玩笑嘛，該怎麼開怎麼開好了。

謝邀。

首先反駁一下所謂「物理數學上遊學科研究得很深」，深到什麼程度？深到連宇宙中佔比絕大多數的暗物質和暗能量都沒有一種物理理論能解釋得通么？暗物質和暗能量，到底是廣義相對論在宇宙尺度不適用需要修正，還是真的存在暗物質和暗能量使得對星系引力強度與可見物質質量的測量產生如此「不能容忍」的巨大偏差？現在的物理學家根本不能回答，只有猜想和假說。

其次，我覺得不同科學學科的劃分也不過是人類科學探索經驗的分門別類的總結而已。人類的科學探索說白了還是經驗性的，並沒有什麼萬有理論可以很好地解釋任何事情，尤其是化學生物這一塊。物理上就算有各種「第一性原理」，就算有薛定諤方程可以描述原子分子體系的運行，但是數學上太複雜，而且複雜系統也會產生不穩定性等各種問題，所以實質上做不到用物理基本原理去推導上層性質（比如很大規模分子的化學性質），而還是得依賴實驗觀測等經驗性的手段。

最後再說說數學。數學是科學探索中各種範式（pattern）的總結，他不是自然科學，因為他採用的手段是邏輯推導、計算而非實驗驗證。所以數學和自然科學有些不一樣的地方，比如他會考慮一些物理世界中不存在的東西。自然科學在應用數學的時候，也要自己做好setup，看清楚數學定理的前提假設。數學家在表述數學定理的時候基本是在完全抽象的數學語言環境中進行的，想直接應用到現實世界，不一定那麼好用，大概還是得做些工作，這就是應用數學家們乾的事情。數學是用來描述自然科學理論的一種很有效、很緊湊的語言。但既然是語言，就沒必要非得紀實，也可以寫詩、寫散文、寫小說、寫意識流，etc.

社會由生物組成，但生物不僅僅構成社會

生命是化學反應，但化學不僅僅形成生命

反應是物理作用，但物理不僅僅包含化學

科學，如同挖掘一座金字塔。

越向下挖掘空間越大，可挖到的東西未必珍貴。

「自然科學中的各個領域，並不是齊頭並進的，其中一些學科是另一些的天然基礎。最主要的一個層次系統是這樣的：

物理學--&> 化學 --&> 生物學 --&> 醫學，人類學，心理學 --&> 社會科學

越前面的越基礎，每一種科學也許人類開始認識的時候是獨立的，但追究到深處，你總是會發現你需要前面一層的大量知識才能產生認識突破。這樣抽象地說也許很難理解，看看例子：

化學元素周期表可以算是獨立化學研究的殿堂了。但即使在周期表完成之日，化學家們也很難解釋，為什麼元素會表現出那樣的化學性質，而且周期性地回歸到相似的化學性質（比如氧族元素），而且這個周期又在不斷變化。單純在化學的領域折騰，哪個理論也解釋不了全部的事實。

然而，一旦物理學中的原子結構研究成熟，周期表的問題就猶如庖丁解牛，迎刃而解了。化學性質決定於外層電子配置。元素表周期就是外層電子周期。相似的化學性質就是相似的外層電子配置。基於這種理解上的飛躍，一系列重要的化學問題，比如化學鍵的本質，化學反應能的研究，紛紛在原子物理的層面得到突破。這種化學問題在物理層面上的理解，我把它叫做「觸底」。一個領域的研究一旦觸底，透徹的理解和新的發現就指日可待。

再來看一個比較貼近生活的著名例子：

憂鬱症，作為心理學中的課題，一直困擾著病患和心理學家。在二十世紀上半段，弗洛伊德主義盛行於西方，憂鬱症完全用心理分析方法來解釋，童年經歷、未實現的慾望、父母責任，一系列五花八門的弗洛伊德式學說和療法，對這個問題也無可奈何。但是當相關的生物學產生一次「觸底」：發現鋰製劑的神經生物作用後，心理學也同時在生物學上觸底了。70年代一樁有名的訴訟案揭開了弗洛伊德主義在西方崩潰的序幕。加利福尼亞一位長期受憂鬱症折磨的中年婦女，接受了五年以上的聊天式弗洛伊德療法，花了幾萬美元，從未有任何緩解。後來開始服用抗抑鬱新藥物「百憂解」（鋰製劑），四個星期後痊癒。為此她憤而起訴心理醫生，最終鬧成了全美新聞。現在，百分之九十以上的臨床憂鬱症案例都用鋰製劑治療，大多有不同程度的緩解。

沃森和克里克的成功，很大程度上也歸功於生物學在化學上的觸底。因此，在現代分子生物學研究中，一旦研究者逼近純粹的化學解釋，他們總是能聞到成功的氣息迫在眉睫。這也就成為了現代生物學者新的直覺。「

有一門學科叫做物理化學。

謝邀。

這完全是還原主義哲學引申的鄙視鏈。你真的覺得學懂物理學就可解釋社會學的問題嗎？即使在物理學，統計力學之有趣，就在於他描述多體系統（而每一體都有基礎物理的定律），而現象並不是單靠單體物理便可理解。多體也有新的理論，複雜度本來也是值得研究。

想到了真空中的球形雞哇

題主的邏輯應該是："深度"代表了對宇宙本質的描述水平？

謝邀，無法回答為什麼蘋果比桔子更有深度這類問題。

謝邀。

我覺得很好理解，因為複雜，所以難，所以沒法挖深。再簡單點就是我們太蠢了。

你可以解氫原子的薛定諤方程，但解個RyR蛋白的薛定諤方程試試？甭說解析解，數值解都搞不出來。

因為社會學比生物學複雜，生物學比化學複雜，化學比物理複雜。

所以物理學的研究深度高於化學，化學深度高於生物，生物高於社會，因為相對來說，更簡單所以研究的更深入。

這…我只想說你理解錯提這個說法的人的意思了。數學是很重要的工具，物理要用到很多數學工具，沒有相應的數學工具，物理學發展就會停滯不前，參見微積分提出時的物理背景，牛頓就是靠這個偉大的數學工具成為了傑出的物理大師。

這個繼續，化學需要很多物理理論，邏輯關係同上；然後生物又需要化學的支持……

所以結論是，物理學發展受制於數學，化學受制於物理學，生物受制於化學，社會學受制於生物學，這才是相對合理的表述，請採納，並慎用問題中這種提法了。

因為面對越困難的問題，人能做的越少，也越難構建起真正複雜的理論體系。

自然數幾乎是最簡單的研究對象，但數學家為數論定理構造的證明，往往蘊含著極為高深的數學理論。生物學、乃至社會學、經濟學的研究對象實在太複雜了，因此在理論層面，我們能做的通常只是描述現象、或者用粗略的推測來構造一些方便理解的圖像。

同樣的數學工具，比如量子場論，在運用到量子電動力學（QED）中時，可以預測實驗結果直到小數點後第八位（精細結構常數）；但在運用到金融市場時，有效性就大大降低了。

現在，有一個學科叫做「神經科學」，還有一個學科叫做「認知科學」。

雖然廣義的「認知科學」是包括「神經科學」的，但姑且認為這裡的「認知科學」是狹義的「認知科學」：提出人腦行為思考模式的各種假說，然後用各種（目前還極其不靠譜的）實驗去驗證這些假說，將我們人類對人腦的行為思考模式認知一點一點往前推。

但有那麼一些神經科學工作者（這裡只能用「工作者」，沒法用「家」），始終堅信神經科學更為「底層」：我們研究清楚單一神經元的作用機理，以及相鄰神經元的互動模式，再拓展到人腦區域，再拓展到整個人腦，人腦的行為思考模式自然就解決了，還用得著狹義的認知科學去瞎猜么？

純邏輯上說，這麼想是沒錯啦。

但最大的問題是...就算你搞清楚了單個神經元的完備特性，若將其拓展成一個10的10次方量級，什麼時候才能算得出來呢？算得出來么？

物理和化學，乃至生物，也是類似：在物理層面，我們早就知道了足夠的底層信息 -- 單個分子/原子之間如何相互作用，反正說白了都是庫侖力，初中生就知道；方程到頭也就是薛定諤方程，物理本科生就足夠。但如果將其拓展成10的N次方個分子/原子在特定情形下的「方程」，你算得過來么？別說10的N次方了，連3個都要複雜得多了。事實上，放棄從「底層」向上演繹結果，而是直接通過唯相的簡化/假說/實驗的方法來總結規律，在物理裡面也廣泛運用 -- 克拉伯龍方程/理想氣體狀態方程就是個人人皆知的例子。

最終我們是否能做到「用底層規律來推演宏觀結果」，如用分子來「算」反應結果，用神經元來「算」大腦行為模式？我並不清楚，但起碼到目前為止，即使這是一個最終可以達成的目標，我們離這個目標還遠得很。那麼，在我們最終達到這個目標之前的漫長時間內，難道只能等著，什麼都不做么？

這是一個reductionist們無法直面的問題。

重要的是，我們探索自然的腳步不會停下來。不管是什麼樣的科學方法，只要能讓我們人類對自然的認識向前推進，哪怕是一小步，甚至僅是通過得出錯誤結論來給更新的理論鋪路，都是同樣偉大的，沒有任何高下之分。

而至於「深」或「不深」...如果這裡的「深」是一個褒義詞，那隻能說所有的學科都很深。如果這裡的「深」是一個客觀描述，那也只能說是物理的研究對象，相對於化學，相對於生物，相對於社會科學，實在是太不複雜了。

至於reductionist們的鄙視鏈...我依然不覺得他們的邏輯有什麼大問題，但是，麻煩他們先通過微觀規律來「算」出宏觀表象，再跳出來鄙視不遲。

利益相關：早已轉行的物理專業小白

大家別激動

這裡的「深度」指的更像是理論的普適性，而普適的理論並不總是能方便地解釋複雜而具體的問題

這確實是類似還原論的分類，但談不上是「鄙視鏈」

題主也說了，深度和複雜度負相關，如果僅從深度的角度把這種排序看作鄙視鏈，這本身也是一種「深度」對「複雜度」的鄙視，是不可取的

要正視這種排序，它是客觀存在的，但不代表誰更高貴，更不代表一端的學科可以解決另一端的問題

我不太懂生物，但是dna的基本結構還是清楚的，話說鹼基對不就是活生生的二進位么？按理來說數學應該對這個東西大顯身手才對。

越複雜的系統越難構造統一的模型

其實沒什麼所謂的高於，只是系統的複雜程度不同而已。越複雜的系統越難構建精確的模型，求解n個不同種類的粒子相互作用的薛定諤方程顯然是不可能...

數學化程度越高！

信息化革命像開掛一樣就是因為計算機軟體基於數學

我來換個角度臆語幾句。

首先，按照科學世界觀，物理學確實是水平最高的學科。

但是，整個科學標準是在研究物理學過程中建立的。

如果還不太好理解，舉個極端栗子：用道家世界觀評價一下物理學水平，能有多高？

個人認為科學只是描述世界的方法，不揭示世界的本質。

描述世界還有其它方法啊，用水粉就是水彩畫，用文字就是小說，用照相機就是相片啊。