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万物皆有“数”

2020-09-03 02:22:25 知识就是力量 2020年9期

王新民

正如著名数学家华罗庚先生所说的那般——宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之变,日用之繁,无处不用数学。生活無处不数学,世界处处是数学。

在人类文明的产生和发展的历程中,数学一直伴随左右。从原始人类分配生活资源而出现的“数”,到因劳动需要发明工具而产生的“形”;从早期文明中的历法计算、天体运行规律的发现,到近现代文明中的重大科技革命,如蒸汽机的发明、电子计算机的突破、互联网的出现等,数学在人类认识世界与改造世界的过程中一直发挥着极为关键的作用。

数学早已渗入到我们日常生活的方方面面。我们选择和购买各种商品、测试身体运动机能、了解银行储蓄收益、计算房屋建造用料等,都需要用到数学;甚至车辆行驶路线的选择、火箭最佳发射时间的计算、飞机航班的编排、未来天气的预报等,无处不在使用着数学。

数学是美的艺术。从描述电磁基本理论的麦克斯韦方程组所具有的对称性,到能够无限放大的分形图形所蕴含的自相似性,都能看出对简洁与美的追求早已融入到了数学的基因中。同时,数学也似乎天然地与艺术相关,无论是音乐还是绘画或雕塑,都有数学之美融入其中。几何透视法让达芬奇的《蒙娜丽莎》成为旷世之作,黄金分割法让肖邦的《降D大调夜曲》在最合适的时候进入高潮,经久不衰。

数学是了解宇宙的钥匙。哥白尼的日心说,其核心是用数学描述了地球的运动和论证了天体运行的基本规律,否定了统治1000多年的“地心说”,这是天文学上一次伟大的革命,引发了人类宇宙观的重大革新;牛顿的三大运动定律和万有引力定律,则是人类历史上首次用一组普适性的基础数学原理来描述宇宙间所有物体的运动。

数学是打开科学大门的重要工具。生物学遗传定律的发现,爱因斯坦相对论的提出,信息论的诞生,计算机科学的发展,经济学规律的揭示,无一不与数学息息相关。在各自领域内取得成功的科学家们,绝大多数对数学工具的应用都有很高的造诣。如我们熟知的电影《美丽心灵》的主人公纳什,他不仅是一位著名的经济学家,更是一位天才的数学家。

可以说,很多重大的科学和技术革命都是由数学所推动的。当前火热的人工智能和大数据技术,其基石也是数学,数据的提取、存储、分析、管理与应用,每一步都离不开数学。

过去、现在以至未来,数学已经且将继续深刻地影响世界科技、经济与社会的发展。数学实力对国家的整体实力有着重要影响,数学强则科技强、国家强。

本期特别策划,我们将一同走进通往无限的数学殿堂,分享数学历史中关于π的永恒话题,一起探寻彭罗斯阶梯走不出的奥秘;通过音乐与建筑中数学知识的运用,真正感受“美是和谐”;探讨运动中的数学技巧,成为百发百中的运动达人,让我们跟随数学科普作者们一起领略数学的无限魅力吧!