微积分解开了宇宙的奥秘和重塑文明的神秘力量

小夏 教育 更新 2024-03-06

“没有微积分,我们就不会有手机、电脑和微波炉,我们也不会有收音机、电视、孕妇超声波,也不会有GPS(全球定位系统)来导航迷路的旅行者。 我们将无法获得原子,破解人类基因组,或将宇航员送上月球,我们甚至可能错过《独立宣言》。

有一种罕见而有趣的历史观点认为,世界被一个神秘的数学分支彻底改变了。 一个最初与形状相关的理论是如何最终重塑文明的?

这个问题的答案可以从物理学家理查德·费曼(Richard Feynman)的一句诙谐的引述中找到,他在与赫尔曼·沃克(Herman Walker)讨论曼哈顿计划时发表了讲话。 当时,沃克正在研究他计划写的关于第二次世界大战的长篇小说,他去加州理工学院采访了研究过原子弹的物理学家,费曼就是其中之一。 在采访的最后,费曼问沃克是否懂微积分。 沃克承认他不知道,所以费曼说,“你最好学习微积分,这是上帝的语言。 ”[1]

宇宙是高度数学化的,[2]但原因尚不清楚。 对于包括我们在内的宇宙来说,这可能是唯一可行的方法,因为非数学宇宙无法庇护能够提出这个问题的智能生物。 无论如何,一个神秘而不可思议的事实是,我们的宇宙所遵循的自然定律总是可以用微积分的语言和微分方程的形式来表达。 这种类型的方程描述了某物在某一时刻与下一时刻之间的差异,或者某物在某一点与下一个点之间无限接近该点的差异。 尽管细节会因我们所拥有的而异,但自然法则的结构始终是相同的。 这个惊人的陈述也可以表达为这样一个事实,即似乎存在类似于宇宙代码的东西,即一个允许一切一直变化的操作系统。 微积分采用这个规则并制定它。

艾萨克·牛顿(Isaac Newton)是最早瞥见这个宇宙奥秘的人之一。 他发现行星的轨道、潮汐的节奏和炮弹的弹道都可以用一组微分方程来描述、解释和**。 如今,我们将这些方程称为牛顿运动定律和万有引力定律。 自牛顿以来,每当宇宙的新奥秘被揭示时,我们就会发现同样的模式一直有效。 从古老的土、气、火、水元素到最近的电子、夸克、黑洞和超弦,宇宙中所有无生命的事物都遵循微分方程的规则。 我敢打赌,这就是费曼在说“微积分是上帝的语言”时试图传达的意思。 如果有一样东西可以称为宇宙的奥秘,那就是微积分。

人类无意中发现了这种奇怪的语言(先是在几何学的隐秘角落,后来又在宇宙密码中),然后学会了巧妙地使用它,并破译了它的习语和微妙之处,最后用它的**能力重建了世界。

这是本书的中心论点。

如果这个论点是正确的,那么这意味着关于生命、宇宙和万物的终极问题的答案[3]不是 42,为此我向道格拉斯·亚当斯和《银河系漫游指南》的粉丝道歉。 但《银河系漫游指南》中的超级计算机Deep Thought是正确的做法,因为宇宙的奥秘确实是一系列的数学问题。 ”

摘自《微积分的力量》,史蒂夫·斯托加茨。

这段摘自《微积分的力量》一书,深刻阐述了微积分对人类文明、科学技术的发展,甚至我们对宇宙的理解的根本影响。 从历史和科学的角度来看,微积分不仅是数学的一部分,也是我们解码自然世界、推动技术创新的关键工具。 让我们一步一步来接受这个观点。

微积分和技术进步

首先,微积分的出现无疑是科学史上的一个重要里程碑。 艾萨克·牛顿(Isaac Newton)和戈特弗里德·莱布尼茨(Gottfried Leibniz)几乎同时但独立地发明了微积分,为后来的科学研究奠定了基础。 从物理学到工程学,再到经济学和生物学,微积分已成为描述复杂系统中变化和处理动态过程的通用语言。

例如,牛顿利用微积分发现了行星运动定律,不仅推翻了千禧年的天体运动概念,也为后来的太空探索提供了理论基础。 今天,从建筑设计到医学成像,再到我们手机中的GPS定位系统,一切都是微积分应用的结果。

微积分和对宇宙的理解

微积分之所以如此广泛地用于科学研究和技术发展,其根源在于它能够准确描述自然界的变化规律。 正如摘录中提到的,宇宙遵循的自然定律总是可以用微积分的语言和微分方程的形式来表达。 这意味着宏观星系和微观粒子行为都可以通过微积分来理解。

这种能力使人类能够更深入地探究自然界的奥秘,从原子到宇宙,从生命的起源到宇宙的结构,微积分在其中起着关键作用。 它不仅帮助我们回答了许多长期存在的问题,而且还将我们推向了未知的领域。

结论

因此,可以说微积分不仅是数学的一个分支,更是让人类深刻理解和改造世界的有力工具。 它的发展促进了科学技术的飞速进步,改变了我们的生活方式,甚至改变了我们对宇宙的理解。 微积分的重要性不仅体现在它的数学美学上,更重要的是它在实际应用中的巨大价值。 从这个角度来看,微积分确实可以看作是一种“上帝的语言”,它揭示了宇宙如何运作的基本规律,成为理解和探索自然世界的钥匙。

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