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上帝掷骰子吗——混沌之新数学(二)

 我是双鱼非鱼啊 2020-05-16


本书的作者是英国沃里克大学数学家、科学作家伊恩·斯图尔特,这本书主要在讲数学和物理学。作者精通数学和物理学,简单生动的解释时常包含着意味深长的哲思。 


数学取得了长足的发展,但她毕竟不是全能的。数学能描述肥皂泡的膨胀,但不能描述树木的生长。数学能计算木卫的运动,但不能计算暴风雪中雪花的运动。数学家虽然认识了不少的宇宙秩序,并分析出这些秩序的原因,但是他们依然生活在一个无序的环境里。
 
不管一种理论的凭证是多么完美无瑕,它在解决实际问题时都可能存在偏差。这种理论解决问题的方法好比用蜘蛛网控制即将雪崩的雪山,没有实际效果。
 
当复杂的事情无法找到有效的规律时,一门新的数学分支就诞生了。

误差定律

很多人都知道,概率论源于一个非常实际的话题——赌博。机会之于赌徒是一种直觉,赌徒们试图寻找这些直觉中存在的规律,虽然他们心中的直觉经不起数学分析。赌博学者卡尔达诺成为概率论的第一人,他是个天才,也是个流氓。

 
概率论凭借其重要性成为一门学科,概率论的重要部分是统计学,统计学无论对“硬”科学还是“软”科学的发展都起着重要的作用。统计学中一个重要部分是正态分布,正态分布在开始的时候有另外一个名字,即误差定律。误差定律来源于天文学家和数学家对天体轨道的计算,计算时需要考虑误差的影响。

社会科学在许多方面不同于自然科学,其中一个主要的区别就是,社会科学中很多实验不能像自然科学那样实现精确控制。例如,一个物理学家想要检验一个物体受力的变形,他可以选择施加大小不同的几个力;而一个经济学家想要研究一种经济政策对一个国家的影响,他不可能在相同条件下对一个国家实行不同的经济政策。
 
在统计学由一种思想变成一门精密科学的过程中,有三个人起到了关键的作用,他们分别是高尔顿、埃奇沃思、皮尔孙。
 
高尔顿最初是医生,当他继承一份遗产后,变得非常富有,于是,他开始放弃医学。他爱好广泛,开始涉及气象学、心理学、教育学、社会学,后来把注意力转到了遗传学。他对遗传特征很感兴趣,他想知道遗传特征是怎样一代一代遗传的。
 
1963年的时候,他读到凯特斯的著作,开始相信正态分布是广泛存在的。高个子父母的孩子平均身高矮,矮个子父母的孩子平均身高高,这并不妨碍高个子父母的孩子高于矮个子父母的孩子,但是后代的身高是向平均值靠拢的,这就是一种回归。

高尔顿用一张图来表示他这种思想,而没有用数学表达他的思想。后来由埃奇沃思拓宽了思想并补充了严密性,使得正态分布的应用更广泛。皮尔逊是一位有能力的数学家,但他天资逊于埃奇沃思。皮尔逊就像一个推销家,他把统计学更好的普及开来。

最后一个通才


庞加莱生于1854429日法国东北部的南锡。那时的法国是数学的天堂,19世纪,很多伟大的数学家都出自法国。
 
庞加莱的父亲是一位医生,而他是肢体不协调智力不寻常的孩子。15岁时,他对数学表现出了异于常人的爱好。在校时,他是那种即使不听课,数学也能考满分的“数学神童”。
 
1875年,庞加莱进入矿业学校,3年后,他向巴黎大学递交博士论文。1879年被聘为教授,1881年成为法国乃至世界数学界无可争辩的领袖。
 
他是一位集大成者,是最后一个传统科学家,也是第一个现代科学家。他最大的创造是拓扑学,此外,他对微分方程、复变函数、数论、天文学、力学和数理物理学都有深刻的研究。
 
庞加莱被公认为“最后一个通才”,最后一位能在数学学科的每一个领域都有所建树的大数学家。在他之后,数学变得越来越庞大,分支越来越多,再也没有人能在众多的领域做到卓越!
 
今天,通才的时代已经结束。我们只能怀念这位伟大的数学家!

拓扑学被形容为“橡皮几何学”,它是连续性的数学。拓扑学是一种几何学,它的形状、长度、面积和角度都可以变化。圆形可以变为正方形,三角形可以变为平行四边形。拓扑学研究的就是形状连续、可逆的变化下不变的那些特质。
 
初次与拓扑学打交道时,可能会觉得它非常抽象。只有少数人对它有兴趣,大多数人都觉得它很无趣。但是庞加莱看到了拓扑学优美的思想,对于连续的理论,他具备包括应用数学和纯粹数学两个方面广阔的数学阅历。
 
庞加莱把生命中的几年时光都献给了拓扑学,做了许多关键的课题,其他人在他的基础之上进行了更深入的研究。
 
当拓扑学向四面八方发展的时候,它逐渐失去了与现实的联系。庞加莱和一些数学家在通向抽象的荒原上越走越远,道路变得越来越艰难。
 
终于,在20世纪60年代中期,在一群美国数学家和一群俄国数学家的领导下,数学穿过了“拓扑学沙漠”。拓扑学的主要问题都归拢到一起,但有一件事不该忘记,那就是拓扑学来自物理学。

END

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