牟中原

化學應用需要更多數學 化學語言的數學化 化學計算的數學技術 化學中的數學教育

化學應用需要更多數學

化學是一門很廣泛的科學，如果以研究的範圍來分，它包含了有機化學、無機化學、生物化學、物理化學及分析化學等。如再加上工程上的應用，化學工程又是很廣泛的領域。

以上這些科目或多或少都會應用到一些數學；所以您問一個化學家，數學在化學上到底有些什麼用，您可能會得到許多全然不同的答覆──幾乎全視個人經驗而定。在這種狀況下，筆者的看法自然也免不了受個人觀點影響而有所偏好。但科學月刊之宗旨既在於科學生根的工作上，本文重點亦將放在數學與化學教育的關聯。尤其現在大專的化學教育方針，似乎看重在培養化學之通才，則談論此題目，我們也將儘量尋求大家都認為是現代化學領域中所共同需要的數學。

化學一直是一門實驗科學，而在可見的將來，它也仍會以實驗為中心，那數學又怎麼和它拉上關係的呢？這問題要從兩方面來講。

一方面，現代化學漸漸朝微觀的方向探討物質的組成、構造及反應，也就是從原子的觀點來研究，所以受近代物理學很大的影響(無論是理論或實驗上)，其中主要是量子力學與統計力學的應用，它所採取的語言遂也有數學化的傾向。

另一方面，化學在實際上的應用，現在也越來越需要更嚴格定量的 (quantitative) 知識，舉凡分析化學乃至化工計算，我們都需要更多更精確的化學計算工作，這就涉及到更多的應用數學。

所以數學在化學的應用大致可分為兩個層次，其一是語言上的，其二是技術上的。前者是以數學化的語言來討論化學上的問題，側重觀念性，後者則是以數學的技術來做更複雜的計算工作。本文將分別舉例討論，然後綜結它們在化學教育上的問題。當然以上的分類並不是很嚴格的，很多東西（譬如統計）在兩個層次上都有運用，數學的應用本身是活的，它的分類在本文僅是為了討論方便。

至於學好了數學是否就可成為一個好的化學家呢？我的看法是否定的。無論在數學語言或數學技術上來說，它在化學上到底只是一種工具而已，而不能取代化學本身。這就好比一個會說十國語言的人並不一定就是個語言學家，一個吹玻璃高手也並非一定是個好的化學實驗者一樣。而反過來說，一個很有能力的化學工作者，他的數學能力可能並不好。重要的是化學知識的全盤了解與運用，數學應只是幫助工具之一。但有一點是不可否認的，當一個化學工作者的數學能力越強時，他所能處理的問題也越多。在力求科際整合的將來，數學無疑將是一項更重要的利器。