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数学真的能对科学发展有巨大的推动作用吗?

发布时间:06-07 12:06编辑:小编归类:历史论文

当然能。如果说数学是科学的王后,那么物理学就是科学的国王。自然科学其它学科,如化学,生物等,往深了研究都绕不开物理学。天文和地理抛去人文部分,剩下的就直接称作天体物理学和地球物理学。当这些学科没有深入到物理学阶段时,用的数学比较少,会给人造成一种错觉以为数学的作用没那么重要。但是一旦深入到物理学阶段,数学的巨大推动作用马上会体现出来。

如同国王离不开王后,物理学也离不开数学。牛顿和莱布尼兹时代,因为建立经典力学需要的数学不够,他俩干脆自己发明了微积分,即领导了物理学革命也领导了数学革命。那个时代数理不分家,经典力学的分析力学阶段都是靠拉格朗日,哈密顿等数学家建立起来的,电磁学也有高斯的巨大贡献。

爱因斯坦建立的狭义相对论离不开闵可夫斯基几何。等爱因斯坦建立广义相对论的时候,完全依赖微分几何(黎曼几何)来描述弯曲时空。

量子力学的建立更是离不开数学。没有线性代数,就没有海森堡的矩阵力学。没有微分方程,就没有薛定谔的波动力学。狄拉克,魏格纳,外尔,杨振宁更是依靠强大的数学背景才能在物理学上扬名立万。量子力学中群论、拓扑的应用比比皆是。

时至今日,理论物理学最前沿的超弦理论和数学的前沿更是密不可分,从描述高维空间到大量使用代数几何,弦理论家往往本身也是数学家,例如超弦理论的领军人物Witten就曾拿过数学的最高奖菲尔茨奖。

能量、材料与信息号称人类文明的三大支柱。有人估计:目前信息科学的发展水平只相当于能源的青铜时代。“良夜骊宫奏笙簧,无端烽火烛穹苍,可怜列国奔驰苦,止博褒妃笑一场”,烽火报警,这是人类最早的通讯方式—光通讯。后来,发展到电通讯,将来随着光缆与光导纤维的大量生产,人类又要回到光通讯。光—电—光,这不是复古,而是螺旋式的上升。人类文明现在正处于一个飞跃发展的新阶段。数学属于信息科学的范畴,它的作用与重要性正在与日俱增。有句老话说:“数学是自然科学的女王”,这未免有点抬高自己,贬低他人的味道,我们不能人云亦云,但有的说法倒是意味深长的,譬如说:“数学——宇宙生物的语言,物理——高度文明的见证,艺术——人类文明的盛装。”

它提到了真、善、美之间的关系。当代科学技术的规模比牛顿时代扩大了六个数量级,而科学发展的一个特点是:一切科学技术(甚至包括文学、艺术与社会科学)的日益数学化,这是联合国教科文组织之前在一个报告中指出的。一百多年前,恩格斯曾经用下述语句来形容数学的应用:“在固体力学中是绝对的,在气体力学中是近似的,在液体力学中已经比较困难了,在物理学中多半是尝试性的和相对的,在化学中是简单的一次方程式,在生物学中=0”(恩格斯《自然辩证法》),这无疑是当时的实际情况,然而现在则应用数学的面貌却已根本改观了。

且不说在物理和天文学中,数学的应用已经似影随形,须臾不离,在化学中亦已用到矩阵、图论等高深数学工具。甚至在生物学中也已经运用数学方法去研究生理和病理现象、神经网络、生态系统以及遗传规律了。CT技术的突出成就,使医生能够轻而易举地确诊体内的各种病变,而其根本原理正是数学上的“从射影重建原像”。现已出现了大批新兴的边缘学科,如,数学生态学、数学地质学、计量诊断学、数理语言学等等,可以毫不夸张地说一句:数学已经渗透到人类生活的每一个角落,从宇宙火箭到小孩玩具。

学习数学,其目的绝不是为了要把每一个人培养成为数学家。一部科学技术的发展史早已充分说明了数学与开发智力的密切关系。古今中外都有不少例子。爱因斯坦归功于他小时候所受到的欧几里得平面几何的严格训练,模糊数学的创始人査德也有这种说法。事实上,计算能力、逻辑推理能力、空间想象能力、记忆力、联想能力、模型构作能力……这些智力的重要因素几乎都与数学有关!

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