本系列文章预计会有30个章节,这套文献将系统讲物理学系统本身,这里是第九季第2篇本文预计阅读10min-- Hello,大家好,这里是Masir的物理学第九季专栏,本季度开始写作之前我还未明确这一季的真实主题是什么,但大致会围绕着科学来讲,主要包含数学和物理学。 本篇我们来谈谈数学,数学无处不在,它以无数种方式塑造了我们对世界的理解。 之前我们聊过这么一句话,宇宙究竟是由什么构成的,其实自古至今都没有人能够知道。而唯一知道的只是人类对宇宙模型的包装。也就是人类科学家总会用一些高深的专业名词来定义宇宙构成的定义。什么M理论呀、弦论呀等等。 其实重要的问题不在于他们如何定义,而是对我们自己本身的影响,也就是我们应该如何看待和理解这个世界,这就像我们第四季说阐述的世界观一样! 随着自身的世界观的建立,我认为最靠谱的还是——宇宙是数学的! 2013年,数学家兼科学作家伊恩 · 斯图尔特出版了一本名为《改变世界的17个方程式》的书最近,我们在 Paul Coxon 博士的推特账户上偶然发现了一张数学导师兼博客作者 Larry Phillips 提供的方便表格,上面总结了这些方程式。 接下来,我们一个个来谈,大家只做大致了解,后续再仔细谈!
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01 毕达哥拉斯定理(勾股定理)
数学表达式为: 或者 。 这个定理是我们理解几何学的基础。它描述了一个平面上直角三角形两边之间的关系: 把短边 a 和 b 的长度平方,再把它们加起来,就得到了长边 c 的长度的平方。 在某种程度上,这种关系实际上区分了我们正常的、扁平的欧几里得几何和弯曲的、非欧几里得几何的。例如,在球体表面绘制的直角三角形不需要遵循勾股定理。
爱因斯坦用他的特殊和广义相对论理论从根本上改变了物理学的进程。经典方程 E = mc2表明物质和能量是等价的。狭义相对论带来了一些想法,比如光速是一个普遍的速度极限,时间的流逝对于以不同速度移动的人来说是不同的。 广义相对论将引力描述为空间和时间本身的弯曲和折叠,这是自牛顿定律以来我们对引力的理解发生的第一次重大变化。广义相对论对我们理解宇宙的起源、结构和最终命运至关重要。
这个方程就是梅的逻辑图。它描述了一个通过时间演化的过程ーー xt + 1,下一个时间周期中某个量 x 的水平,由右边的公式给出,它依赖于 xt,即现在 x 的水平。 K 是被选择的常数。对于 k 的某些值,这张图显示了混沌的行为: 如果我们从 x 的某个特定初始值开始,这个过程将以一种方式演化,但是如果我们从另一个初始值开始,即使一个非常接近第一个值,这个过程将以一种完全不同的方式演化。 我们在许多地区看到混沌行为ーー对初始条件敏感的行为ーー就像这样。天气就是一个典型的例子ーー一天内大气条件的微小变化可能会在几天后导致完全不同的天气系统,最常见的情况是一只蝴蝶在一个大陆上扇动翅膀,在另一个大陆上造成飓风。