數(shù)學(xué),無時(shí)無刻不散發(fā)著它獨(dú)特的魅力。上到宇宙飛船遨游外太空,下至小商小販行走菜市間,這門與每個(gè)人生活都息息相關(guān)的學(xué)科一直在默默地推動(dòng)歷史前進(jìn)的腳步。每一次科技革新,每一次學(xué)術(shù)突破,數(shù)學(xué)已經(jīng)延伸到各個(gè)領(lǐng)域并且起到了不可替代的作用。 在近代史上,有三個(gè)時(shí)間轉(zhuǎn)折點(diǎn)對(duì)人類文明的進(jìn)步至關(guān)重要,每一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)都是科技技術(shù)突飛猛進(jìn)的更替,我們把這種轉(zhuǎn)折點(diǎn)稱為——工業(yè)革命。 工業(yè)革命給生產(chǎn)方式帶來了徹底的改變,可以說每一次工業(yè)革命對(duì)于人類文明的推力都是巨大的,今天我們就來盤點(diǎn)一下:三次工業(yè)革命中,數(shù)學(xué)究竟起到了多么重要的作用。 第一次工業(yè)革命起源于18世紀(jì)60年代的英國(guó),這次工業(yè)革命也開創(chuàng)了以機(jī)器代替手工勞動(dòng)的時(shí)代,極大的提高了生產(chǎn)力,進(jìn)一步瓦解了封建統(tǒng)治的壓迫。而推動(dòng)第一次工業(yè)革命開始的主要標(biāo)志就是蒸汽機(jī)的改良和紡織機(jī)的發(fā)明。而我們知道,將微積分學(xué)深入發(fā)展是18世紀(jì)數(shù)學(xué)的主流,這種發(fā)展是與廣泛的應(yīng)用密切交織在一起的。十八世紀(jì)中,包括牛頓和萊布尼茲在內(nèi)的許多大數(shù)學(xué)家都在為這門學(xué)科的完善付出了時(shí)間與精力。而正是微積分的應(yīng)用解決了對(duì)于運(yùn)動(dòng)和能量轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)運(yùn)算,才幫助瓦特進(jìn)行蒸汽機(jī)的改進(jìn)以及紡織機(jī)的發(fā)明。在人類文明近代史上,數(shù)學(xué)的重要性被科學(xué)家們所認(rèn)知,在數(shù)學(xué)方面上的投入和研究也開始不斷加大。 第二次工業(yè)革命始于19世紀(jì)60年代后期,在這段時(shí)間,由于科技水平的提高,涌現(xiàn)了一系列的重大發(fā)明。1866年,德國(guó)人西門子第一次制造了發(fā)電機(jī),到了70年代,實(shí)際可用的發(fā)電機(jī)正式面世。電器開始用于替代機(jī)器,成為補(bǔ)充和取代以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的新能源。隨后,電燈、電車、電影放映機(jī)相繼問世,人類進(jìn)入了“電氣時(shí)代”。與此同時(shí),科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步也帶動(dòng)了電訊事業(yè)的發(fā)展。19世紀(jì)70年代,美國(guó)人貝爾發(fā)明了電話,90年代意大利人馬可尼試驗(yàn)無線電報(bào)取得了成功,都加快了信息傳遞交流的速度。世界各國(guó)的經(jīng)濟(jì)、政治和文化聯(lián)系進(jìn)一步加強(qiáng)。這兩樣最為重要的發(fā)明都是電磁理論的實(shí)際應(yīng)用,而電磁理論是當(dāng)時(shí)數(shù)學(xué)分析、偏微分方程等數(shù)學(xué)學(xué)科取得巨大發(fā)展的直接產(chǎn)物。如法國(guó)數(shù)學(xué)家泊松,安培等人運(yùn)用微積分奠定了電磁作用的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)。數(shù)學(xué)王子高斯不僅對(duì)電磁理論卓有貢獻(xiàn),而且他本人就是電報(bào)裝置的發(fā)明者;至于現(xiàn)代無線電通信技術(shù),則是麥克斯韋從數(shù)學(xué)上預(yù)報(bào)了電磁波的存在。這些偉大的數(shù)學(xué)家們對(duì)推動(dòng)第二次工業(yè)革命和為發(fā)明家們提供理論基礎(chǔ)立下了汗馬功勞。 我們把目光投向現(xiàn)代,第三次工業(yè)革命由于其特點(diǎn)又被稱為第三次科技革命。因?yàn)檫@次的變革不只是對(duì)工業(yè)生產(chǎn)上取得了巨大的效益,在平民的生活中,也產(chǎn)生了翻天覆地的改變。 從20世紀(jì)40年代開始的第三次產(chǎn)業(yè)革命,主要是電子計(jì)算機(jī)的發(fā)明使用、原子能的利用以及空間技術(shù)、生產(chǎn)自動(dòng)化等。愛因斯坦利用數(shù)學(xué)理論推導(dǎo)出的著名公式E=mc2為原子能的釋放提供了科學(xué)依據(jù)。而也是在愛因斯坦和他的質(zhì)能方程的幫助下,開發(fā)出了毀天滅地的暴力武器——原子彈,也間接起到了終止第二次世界大戰(zhàn)的作用。戰(zhàn)爭(zhēng)過后,原子能的應(yīng)用也被引導(dǎo)向民用,核電站的開發(fā)極大的緩解了我們能源不足的生活問題。 而計(jì)算機(jī)誕生所帶來的影響我想不用大肆渲染讀者們也都有著深刻的體會(huì)。時(shí)至今日,計(jì)算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為了我們身邊不可替代的一部分。一串串由簡(jiǎn)單的1和0所組成的數(shù)據(jù)流推動(dòng)著社會(huì)的發(fā)展,刺激著科技的進(jìn)步,也為每一個(gè)普通人提供著便利。在計(jì)算機(jī)發(fā)展史上每一個(gè)重要節(jié)點(diǎn),都有著無數(shù)數(shù)學(xué)家們的足跡。例如圖靈從數(shù)學(xué)上證明了制造通用數(shù)字計(jì)算機(jī)的可能性,數(shù)學(xué)家馮諾依曼提出的設(shè)計(jì)思想是設(shè)計(jì)制造現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)等等… 對(duì)于第三次科技革命,可以說沒有數(shù)學(xué)家們的參與和數(shù)學(xué)理論的應(yīng)用是不可能完成的。數(shù)學(xué)也如同開篇所說變得越來越和我們息息相關(guān)。可以預(yù)見,在不遠(yuǎn)的將來,隨著數(shù)學(xué)研究的愈發(fā)深入,我們還會(huì)迎來第四次,第五次工業(yè)革命。數(shù)學(xué),成為了人類文明的參與者,數(shù)學(xué),成為了人類文明的見證者。 作者:黃雷,中科院數(shù)學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)研究院 |
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