更新時間:2022-04-24 08:33:25作者:佚名
17 世紀中期,微積分的發展時斷時續,非常緩慢,代數一部分數學家當作笑話,漸漸失去話語權。
這時有一個孩子在圣誕節那天出生了——早產兒,沒有父親,3 歲時又被母親遺棄了。想法消沉的孤寂男孩就這樣長成了沉默寡言、猜疑心重的年輕人,不過,名叫艾薩克·牛頓的他日后會在世界上留下空前絕后的印記。
▲ 艾薩克·牛頓
他先是通過把代數的符號與無窮的力量結合起來,他找到了一種方法,可以把任何曲線都表示成無窮多條簡單曲線(用變量x 的冪來描述,比如x2、x3、x^4 等)的和。僅用這些“食材”,通過加一點兒x、少許x2 和滿滿一湯匙x3,他就可以“烹飪”出他想要的任何曲線。有了它,牛頓就能解決關于形狀或運動的任何問題了。
之后,他破解了宇宙密碼。他僅用幾個微分方程(他的運動和萬有引力定律),就能解釋包括炮彈的飛行軌跡和行星的運行軌道在內的所有現象。牛頓的驚人的“世界體系”統一了天和地,掀起了啟蒙運動,改變了西方文化, 對歐洲的哲學家和詩人產生了巨大的影響。他甚至影響了托馬斯·杰斐遜和《獨立宣言》的起草。
▲ 牛頓手稿
在破解了曲線之謎和運動之謎后,微積分轉向了它的第三個由來已久的謎題——變化之謎。
在執行這項宏大計劃的過程中,微積分一直在與其他科技領域合作,為實現世界的現代化做出了貢獻。1917 年,阿爾伯特·愛因斯坦將微積分應用于一個簡單的原子躍遷模型,從而預測出一種被稱為受激發射的神奇效應。幾十年后,這個預測被證明是正確的。第一臺可運行的激光器在20世紀60年代初建成,從那時起,光盤播放機、激光制導武器、超市的條形碼掃描儀和醫用激光器等設備都離不開激光。
變化定律在醫學領域并不像在物理學領域那樣為人熟知。然而,即便被應用于基本模型,微積分也能對挽救生命做出貢獻。比如,在微積分提供的對病毒繁殖速度的新認識的幫助下,HIV感染已經從幾乎被判了死刑的疾病轉變為可控制的慢性疾病。
不可否認的是,我們身處一個不斷變化的世界之中,它的某些方面超出了無窮原則固有的近似性和出自主觀愿望的想法,比如量子力學不再遵循牛頓運動定律。可即使在牛頓的物理學行不通的亞原子領域,他的微積分也依然有效。事實上,他的表現相當出色。
現在是時候去更深入地了解宇宙的語言了,當然,我們這趟旅程的起點是“無窮”站。
本文摘自中信出版·鸚鵡螺《微積分的力量》:引言,有刪改。【遇見數學】已獲授權
在《微積分的力量》書中,應用數學家兼“導游”斯托加茨將用一種“講故事”和“看展覽”的方式為你一一揭曉答案。“我們不必為了理解微積分的重要性而學習如何做運算,就像我們不必為了享用美食而學習如何做佳肴一樣。我將借助圖片、隱喻和趣聞逸事等,嘗試解釋你們需要了解的關于微積分的知識。我也會給你們介紹有史以來頗為精致的一些方程和證明微積分的力量,就像我們在參觀畫展的時候不會錯過其中的代表作一樣。”
因此,哪怕你對數學及其在這個世界上扮演的角色只有一點點好奇心,也請你讀讀這本令人驚嘆的書。教師、學生、你和我,都會因為這本書而受益匪淺。