1、為什么說解開一個方程就能拯救世界:
答:因為每一項物理現(xiàn)象臀突,都有一個最基礎(chǔ)的數(shù)學(xué)表達(dá)式勉抓,來表明這個與物理現(xiàn)象相關(guān)的各項原因之間的關(guān)系。
舉一個最簡單的例子候学,各位一定學(xué)過液壓方程吧藕筋?壓強等于密度乘以高乘以重力加速度。
那么這個公式對人類來說有什么意義呢梳码?
沒有這個公式隐圾,你就沒法打針,沒法抽血掰茶,沒法灌溉糧食暇藏,沒法用自來水。濒蒋。叨咖。。正因為有了這個公式啊胶,讓一切和我們生活相關(guān)的液體運輸及應(yīng)用變得有理有據(jù)甸各,理所當(dāng)然。
在電影《火星救援》中焰坪,推導(dǎo)的那個公式是用來表達(dá)引力相關(guān)的原理的趣倾,只要有了這個公式,人類應(yīng)用引力某饰,理論上就跟我們用水管導(dǎo)流液體一樣簡單儒恋。
2善绎、為什么這個公式這么難解
這個問題要分幾個層次去解答。
(1)相關(guān)公式是怎么來的诫尽?
答案是:通過海量的實驗禀酱,然后猜。牧嫉。剂跟。
高中生應(yīng)該做過自由落體打點計時器計算加速度實驗吧?取非常非常多次的實驗數(shù)據(jù)酣藻,猜測和實驗并行推導(dǎo)這個理論可能包含的因素曹洽,最終獲得相關(guān)公式,然后再修改參數(shù)環(huán)境驗證這一公式的準(zhǔn)確性辽剧。物理就是這么枯燥乏味送淆。
(2)為什么你日常見到的公式都很簡單,而這個公式這么復(fù)雜怕轿?
答案是:高中物理學(xué)習(xí)的公式偷崩,都是經(jīng)過簡化的,而簡化的條件是:在具體應(yīng)用中撞羽,此項因素可幾乎視為不變环凿。
還是那個壓強等于密度乘以高乘以重力加速度。放吩。智听。。
液體密度會隨著高度的增加而逐步增加渡紫,忽略不計到推。
液體本身有流動性,在粒子運動作用下惕澎,這個壓強會有很微小的改變莉测,忽略不計。
重力加速度隨著距離地球的距離會變羞蠛怼(這個你應(yīng)該懂的說)捣卤,忽略不計。
壓強高到一定程度八孝,底部液體可能會由于溫度上升而導(dǎo)致密度變化董朝,忽略不計。
干跛。子姜。。楼入。哥捕。
但是如果你要修一條水管往月球送水牧抽,這些因素還能忽略不計嗎?
那么怎么計算呢遥赚?所有的事物扬舒,都是逐步變化的,舉剛才我們說的其中一個因素凫佛,重力G的變化讲坎,其實高度每上升一毫米,理論上G都會有變化御蒲,那么在計算過程中,就會用到一種你現(xiàn)在還沒學(xué)到的計算方法诊赊,叫做“積分”用來計算事物逐步變化的結(jié)果厚满。而反過來,如果要計算事物逐步變化的趨勢碧磅,就要用到“微分”碘箍。這兩兄弟一出現(xiàn),這個問題就簡單不了鲸郊。
(3)那么歸納物理公式最難的地方在哪里丰榴?
答案是無條件進(jìn)行猜想或驗證。
在質(zhì)能公式出現(xiàn)之前秆撮,人類有辦法觀測到由于原子裂變或聚變帶來的質(zhì)量減少四濒,放出能量的過程嗎?不能說絕對沒有职辨,例如你放一塊鈾238盗蟆,觀察個幾十年,他會有一部分變成鈾235.舒裤。喳资。。腾供。仆邓。
——所以,天知道愛因斯坦是怎么想到這個破公式的伴鳖。节值。完全沒有現(xiàn)象基礎(chǔ),沒有其他相關(guān)理論基礎(chǔ)榜聂,沒有研究方向察署。但是這個公式就這樣憑空出現(xiàn)了。
順口說一句峻汉,質(zhì)能方程E=MC2贴汪。脐往。。也是簡化版扳埂,質(zhì)能方程(質(zhì)能方程式)完整版在此业簿!
那,沒有這個公式能夠利用核能嗎阳懂?當(dāng)然可以梅尤,手段只有一種:原子彈。岩调。巷燥。(簡單粗暴)。而有了這個公式基礎(chǔ)号枕,我們有了核電站缰揪。
而電影中,所謂的黑洞奇點葱淳,就是:某個其他各項因素均已測定钝腺,需要知道其某項相關(guān)指標(biāo)的點。得到這個點的數(shù)據(jù)赞厕,就意味著獲得了重力的起源艳狐,能夠幫助他的女兒簡化和去除相關(guān)猜想公式中無關(guān)的部分,印證公式中有用的部分到底是不是真的有用皿桑,是不是真的按照我們猜想的方式在起作用毫目。
就好像你解方程的時候,如果一次項诲侮、二次項蒜茴、三次項系數(shù)都未知,讓你去解這個方程會要了你的命浆西,但是如果我告訴你其中一個解粉私,這個世界就簡單多了,如果我告訴你兩個解近零,那就毫無難度了诺核。
最后我們來聊一聊:數(shù)理知識。
等你到了大學(xué)久信,你會學(xué)到一門很專業(yè)的數(shù)學(xué)體系窖杀,叫做:數(shù)列。簡單地說裙士,他是研究:一大串具有一定規(guī)律和排布方式的數(shù)字的數(shù)學(xué)現(xiàn)象和規(guī)律入客。
最簡單的例子就是:如果有一列數(shù),其中任意一個位置的數(shù)等于這個位置前兩個數(shù)之合。
0? 1? 1? 2? 3? 5? 8? 13? 21.桌硫。夭咬。。铆隘。卓舵。。膀钠。掏湾。。肿嘲。融击。。
這種猜想有什么用呢雳窟?
好啦尊浪,簡單地說,這是關(guān)于:如何運用空間的最優(yōu)策略涩拙。
在一切現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)之前际长,其實都存在一種你未知其作用的耸采,莫名其妙的數(shù)學(xué)理論和規(guī)律與之對應(yīng)兴泥,人類歷史上,不止一次在探索無窮微觀和無窮宏觀的過程中虾宇,驗證了過去某種被認(rèn)為是“無聊的數(shù)學(xué)游戲”所闡述的規(guī)律搓彻,當(dāng)前,