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關於蘋果、傳說……以及彗星——無言的宇宙共讀6

如果你在上學的時候

老師告訴了你

數學公式背後

有這麼多有趣的故事,

你會愛上數學嗎?

《無言的宇宙》

出版社:北京聯合出版公司

領讀者:楊羽

時間:2017年12月6日開始

領讀者說

10+11

用五分鐘的時間來玩個頭腦風暴吧!中心詞:蘋果。……你寫下的詞是不是越來越往電子技術、成功學、市場營銷什麼的方向轉了?停!有沒有數學系或者物理系的高材生寫出了「微積分」?腦洞太大?不,是讓人又愛又恨的牛頓爵士。

在這兩篇中,牛頓對於他的成果採取了不同的處理方法,從而造成了不同的結果,對當時的社會和科學界產生了不同的影響。也許牛頓並不在意一個理論是否以他的名字命名,畢竟他身上的光環已經足夠多了。但我想說「感謝哈雷!」,大家覺得呢?

打卡集錦

番茄牛腩

牛頓定律大家可以說是耳熟能詳了,這三條定律估計為數不多的大家不學物理後還能記住的公式。記得剛學牛頓三大定律時,按照生活中的慣性思維,還有點難以理解。後來逐漸用牛頓三大定律來分析生活里的現象,發現真有意思。比如從行駛的自行車上跳下來會怎樣,摩擦與運動。哈雷彗星的方向也彰顯了數學的魅力,或者說,求實求真的魅力。

令人驚訝的是,牛頓居然是在哈雷絞盡腦汁勸說下才願意出版自己的著作的,用今天的眼光來看,真是匪夷所思。而另一位數學家——歐拉,就更符合現代人的想法了,公開他的著作。歐拉這位天才的科學家雖然有過幾次顛沛流離的經歷,但是一次次的被啟用也能看出當時歐洲當權者對數學家的尊重。這放在中國的封建王朝是難以想像的。

歐拉公式很美,但是這些想法是為什麼而創造的呢?我不知道的,可能當時也沒有。有的數學是為了自身優美而產生的數學,有的是為了解決問題而產生的數學。我自己在學習過程中,有一個習慣就是要弄清楚這個東西因什麼而存在,是為了解決什麼問題。這可能就是我缺少探索思想的原因吧,啊哈。

夢裡落花

10.終於到了,微積分,至此我已經把此書徹底當成了數學發展史來看待了。

微積分有什麼用?書中答,數學家和科學家在討論連續變化的數量時便有了科學依據。前面已經介紹過芝諾悖論,連續運動便一直讓希臘人困惑不解。而萊布尼茨和牛頓,打破了局限於靜止的圖像或者離散型數量的梏。

微積分包含了有限與無限的對立統一,近似與精確的對立統一。它把複雜的物理問題進行時間、空間上的有限次分割,在有限小的範圍內進行近似處理,然後讓分割無限的進行下去,局部範圍無限變小,那麼近似處理也就越來越精確,這樣在理論上得到精確的結果。

微積分給了我們一個化整為零的思維方式,從局部解決問題,再把零散的積成整體。思維方式的轉變,也許就是數學不斷前行帶給我們最好的禮物!

11,蘋果與彗星,一顆砸了牛頓腦袋的蘋果,牛頓從對數學與哲學的高度關注,到對星體的研究,到三大定律,讓我們看到了一個豐滿的人物形象。

牛頓告訴我們,運動的物體將永遠保持勻速直線運動,除非將其停止或者改變其運動方向。

牛頓告訴我們,作用在物體上的力等於其動量的變化率。

牛頓告訴我們,作用力與反作用力。

而正因為他對微積分的成就,才把引力定律和他的運動定律結合,從而建立並解決了闡述行星軌道的方程的能力,如之前我所說,沒有好的數學基礎,很難有突破的物理成就。

shanshan

關於微積分的發表。牛頓本來是發現微積分的第一人,可他一直秘而不宣,在萊布尼茨想與他交換信息時,他的回答也小心翼翼,他將微積分基本定理隱藏在難解的字謎中,並不想與萊布尼茨分享他的發現。反倒是萊布尼茨將微積分先公之於眾,牛頓拖到20年後,才公開談到他關於微積分的見解。

關於究竟誰先發現微積分,牛頓與萊布尼茨有過激烈的爭辯,顯然,牛頓爭辯的意義並不大,因為,任何發現,只有公開交流,才能實現價值,從這一點講,牛頓已經輸了。

關於牛頓與蘋果的傳說。智者總是見微知著,比如牛頓,可以從掉落的蘋果,聯想到行星的運動。而普通人,見到蘋果,就只是蘋果而已。儘管,我覺得高斯的判斷,很有可能是對的,即,蘋果只是附會之說,但這並不妨礙蘋果的故事,為人津津樂道,流傳至今。

諸如此類,還有瓦特看到火爐上的水壺蓋子被沸騰的水蒸氣頂起來,受此啟發,發明了蒸汽機等等。人們樂於相信,偉大寓於平凡之中,只要肯於發現,善於發現,我們身邊到處都是閃光的機遇。

嘻嘻

微積分的問世,打破了靜止圖像和離散型數量的梏桎,讓數學家找到了解決現代科學的必要工具,數學家和科學家在討論連續變化的數量時有了科學依據。求積問題和為曲線畫切線問題是探索微積分的兩個方向。

對這項工作的探索開始於古希臘時期。阿基米德為求出一條曲線所包任意圖形的面積,曾藉助於窮盡法。窮盡法後來漸漸被人遺忘、直到16世紀才又被重視。

由於開普勒在探索行星運動規律時,遇到了如何確定橢圓形面積和橢圓弧長的問題,無窮大和無窮小的概念被引入。

後來卡瓦列里建立了不可分原理,依靠這個原理,他求得相當於曲線y=x的n次方下的面積,解決了很多現在可以用更嚴密的積分法解決的問題。

費馬建立了求切線、求極大值和極小值以及定積分方法,對微積分做出了重大貢獻。

牛頓和萊布尼茨抓住了事情的本質,求積和畫切線是同一個問題的兩個方面。他們引入了兩個新的數學概念:解決求切線問題的微分和解決求積問題的積分。當然牛頓把這兩個概念叫「流數」和「流動」。他們兩人之間因為發表的先後引發了剽竊事件。

牛頓運用微積分把引力定律和運動定律結合,解決了描述行星軌道的方程,引導了天體動力學新時代的來臨。這得感謝哈雷,就是預測哈雷彗星回歸周期的哈雷。而哈雷是運用牛頓萬有引力定律推算的。

牛頓寫作《原理》一書主要源於哈雷與胡克和雷恩一次40先令的打賭。胡克就是那個描述細胞的胡克,牛頓在大學學習時讀過胡克寫的《顯微圖集》,後來因為與牛頓的爭論而不被人們所重視。其實胡克也是一位涉獵廣泛的科學家,被人稱為「倫敦的達芬奇」。

哈雷用盡方法最終說服牛頓發表了他的論證,並自費為牛頓出版了《原理》,為一切物理學書籍定下了基調。所以說感謝哈雷,因為哈雷,才會誕生科學史上最偉大的著作——《自然哲學的數學原理》。

我們在了解牛頓的時候不難發現他的很多偉大成就,除了大家熟知的力學三大定律,光學等,經濟學的金本位制度也是他提出的。廣義二項式定理也是他提出的,而這個定理是歐拉求和公式的一個先驅。

下一章就講歐拉定理,從前往後梳理一下不難發現作者選擇公式的原則。

編輯:靈厄

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