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毁灭之王 亚马逊,为什么说数学是科学之王?


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“数学是科学之王”,这句话出自11世纪著名的德国数学家高斯(Johann Carl Friedrich Gauss ,1777年4月30日-1855年2月23日,历史上最重要的数学家之一,被誉为“数学王子”)。简单地说,数学最集中、最深刻、最典型地反映了人类理性和逻辑思维所能达到的高峰,所有其他的科学学科都是建立在数学的基础上发展起来的。无论是物理、化学,还是计算机科学、天文学,任何科学理论失去数学的支撑,都将变得粗陋不堪。

先举两个栗子吧。著名物理学家牛顿同样也是一名伟大的数学家。牛顿和另一名数学家莱布尼茨各自独立发明了微积分。在对经典力学的研究中,牛顿广泛应用了微积分这个重要的数学工具,从而构建了时至今日依然令我们叹为观止的地球和各种天体运转的力学规律。牛顿的巨著《自然哲学中的数学原理》,既是一部物理学巨著又是一部数学巨著。可以说,没有微积分的发明应用,也就没有经典力学理论体系的创造。

著名物理学家法拉第因为小时候家境贫寒,仅读过两年小学。虽然后来刻苦自学,然而在高等数学领域还是不太给力。虽然法拉第早在1846年就提出了光是一种电磁波,但始终无法证明。18年后,另一位数学功底极佳的物理学家麦克斯韦沿着前辈法拉第的猜想,用四个偏微分方程(麦克斯韦方程组)揭示了电场与磁场相互转化中产生的对称性优美,推论出电磁波在真空中以光速传播,并进而证实了光就是电磁波的猜想。

再说说我们自身的求学经历,也可以深刻理解数学对于其他学科的意义。在学习经典力学时,力与加速度、动量与能量、开普勒行星三大定律和万有引力定律等,无不运用到了数学计算;在探索电学的奥秘时,电流、电压、电阻的关系,电阻与导体长度、横截面积、材质的关系,电流强度与电子流动速度等的关系等,均有明确的数学定义公式;即使在奇妙的热力学领域,内能、焓、熵等公式的推导,也需要数学的理论指导。

数学同样在化学领域有着广泛的应用。现代化学早已不是实验室里摆弄瓶瓶罐罐的存在,而是深入到分子、原子层次上研究物质的组成、性质、结构与变化规律。在物理化学、量子化学、固体化学、化学工程等领域,应用向量分析、常微分方程、偏微分方程、有限差分计算、矩阵、群论、概率与统计等数学方法,将化学从粗糙的定性分析引向精确的定量计算。至于在计算机科学、天文学、生物学等等其他科学领域,数学的基础性地位也是毋庸置疑的。

关于这个问题,可以看看吉林省科技馆头条号发的长篇连载数学史话系列,如果觉得太长的话,看最后一篇,《我们为什么要学习数学》,看完后,我想我们会找到一些答案的。

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