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数学与战争

 阿里山图书馆 2022-05-20 发布于北京

从人类早期的战争开始,数学就无处不在。不论是发射弩箭还是挖掘地道攻城,数学定律就像冥冥之中的命运之神一样在起作用。

早在公元前,巴比伦王国的苏尔吉王就以战事紧急的名义,对王国施行军事及行政改革,发明了六十进制法来计算劳工们的工作表现。学家阿基米德将数学原理用于战争中保护了自己的祖国达三年之久,最后为保护自己的祖国而牺牲

到了19纪,科学发展促使武器进步,数学与战争的关系日益密切。

第一次世界大战期间,数学及其他纯科学主要扮演的角色,是提供一流工程师将理论运用到技术层面。接着,在第二次世界大战中,为数众多的数学家被征募担任高级工程师,数学家的研究直接推动了空气动力学、流体动力学、弹道学、雷达及声纳、原子弹、密码与情报、空照地图、气象学、计算机等技术的发展。

在第二次世界大战初期,盟军大败,英国退居英伦三岛,遭到德国严重空袭,形势岌岌可危。英国空军虽然训练有素,但数量太少,所幸他们已经有了不错的雷达系统相助。怎样使雷达发挥最大效率,以补空军之不足英国政府召集了一批科技人才,收集相关资料,以数学方法分析,最后建立一套新的运作系统,使得英国的空防力量增强了一倍。初尝成功滋味,英国马上成立各种数学小组,研究各种军事问题。

珍珠港事变之后,美国也跟进研究,将数学与科学技术、军事目标空前紧密地结合起来,开辟了美国数学发展的新时代。1942年,美国国家防卫科学委员会专门成立了应用数学组,它的任务是帮助解决战争中日益增多的数学问题。应用数学组和全美&&所著名大学订有合同,全美最有才华的数学家都投入了遏制法西斯的神圣工作中。

二战中数学最显威风的就是惊心动魄的密码战。当时,纳粹德国拥有一种世界上最先进的“谜”(()*+,-,直译“恩尼格玛”)密码机。德军曾断言“:”密码是绝对可靠的,因为最出色的数学家也需截获大量电文,并进行数星期研究之后,才能破译一个密码。到那时,所获情报已毫无价值可言。而且只需调节一下转子和插头,密码机瞬间就可产生无数不同的密码。由于机器性能复杂,即使被敌方缴获,也无关紧要,因为除非对手了解变化无穷的调节程序,否则这机器会变得毫无用处。

但英国著名数学家图灵领导的专家小组最终破译了这个复杂的密码,设计了一架破译机“.*/01”(超越),专门对付密码机,它的工作原理十分复杂,其关键在于转子的接线上,它能自动模拟密码机的电路,且解密效率也随之不断提高,“.*/01”破译了大批德军密码,德军却一直被蒙在鼓里。因此,.*/01”对第二次世界大战的决定性结束作出了贡献。

在太平洋战场上日美双方的密码战也打得如火如荼。1942,日本联合舰队总司令山本五十六将飞越太平洋的绝密电报,被美国海军由数学家和组合学家组成的专家破译小组破译。于是,美国闪电式战斗机群在太平洋上空将山本的座机截住,并予以彻底击毁,山本五十六葬身海底。中途岛海战也是由于美国破译了日本密码,使日本"艘航空母舰、一艘巡洋舰被炸沉、22#架飞机被击落,几百名经验丰富的飞行员和机务人员阵亡。而美国只损失一艘航空母舰、一艘驱逐舰和&"$架飞机。从此,日本丧失了在太平洋战场上的制空权和制海权。

在硝烟弥漫的战争中,数学家铸就了军队之魂。二战期间仅德国和奥地利就有近!##名科学家移居美国,其中包括世界上最杰出的科学家。大批外来高科技人才的流入,给美国节省了巨额智力投资。美国军方从那时起,就十分热衷于资助数学研究和数学家,甚至对应用前景还不十分明显的项目,他们也乐于投资。美国认为,得到一个第一流的数学家,比俘获&#个师的德军要有价值的多。有人认为,第一流的数学家移居美国,是美国在第二次世界大战中最大胜利之一。

到了21世纪的今天,数学在战争中的作用更加重要。

1991年海湾战争时,有一个问题放在美军计划人员面前,如果伊拉克把科威特的油井全部烧掉,那么冲天的黑烟会造成严重的后果,这还不只是污染,满天烟尘,阳光不能照到地面,就会引起气温下降,如果失去控制,将造成全球性的气候变化,可能造成不可挽回的生态与经济后果。

五角大楼因此委托一家公司研究这个问题,这个公司利用流体力学的基本方程以及热量传递的方程建立数学模型,经过计算机仿真计算,得出结论,认为点燃所有的油井后果是严重的,但只会波及到海湾地区以至伊朗南部、印度和巴基斯坦北部,不至于产生全球性的后果,这对美国军方计划海湾战争起了相当的作用。这些仅仅是现代战争中数学发挥作用的一个个小小事例。

在真正的战争较量中,数学已经成为不可或缺的力量。

人们甚至把未来的高技术战争称为数字化战争,亦即是数字化部队在数字化战场进行的信息战,它是以信息为主要手段,以信息技术为基础的战争。数字化战争以计算机网络为支柱,利用数字通讯进行联网,把作战指挥机关与各级作战部队乃至武器装备、单兵有机地连成一体;把语音、文字、图像等不同类型的战场信息、作战方案和作战计划等采用数字编码技术的方式,实现无阻碍、快捷、准确的传递;坦克、导弹等武器装备,与天基平台、作战飞机和军舰上的同类数字化系统相连,实现信息共享,信息实时传递,因而可以在更远的距离上发现和攻击敌人,可以充分发挥武器装备的整体作战效能,保证诸军兵种协调一致地作战。

所以有人说第一次世界大战是化学战争(炸药),第二次世界大战是物理学战争(为原子弹),而现代战争是数字战争。”

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