五個(gè)重大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)、徹底改善人類的生活、促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展
仰觀浩瀚的宇宙,我們會(huì)為它的廣闊無垠所震撼;俯察喧鬧的塵世,我們會(huì)為它的復(fù)雜多變而困惑。在偉大的大自然面前,每個(gè)人都會(huì)不由自主地感受到自身的渺小。然而,人之所以以為人,就在于擁有可以思維的大腦,能從紛繁蕪雜的自然現(xiàn)象中總結(jié)出客觀規(guī)律,并以此來更好地認(rèn)識(shí)自然,改造自然。這些“自然之律”、科學(xué)中的各種定理,乃是人類思想寶庫中最綺麗的瑰寶。英國科學(xué)期刊《物理世界》曾讓讀者投票評(píng)選了“最偉大的公式”,最終榜上有名的十個(gè)公式,既有無人不知的勾股定理,又有著名的質(zhì)能方程;既有簡單的圓周公式,又有復(fù)雜的麥克斯韋方程組。這些公式不僅僅是數(shù)學(xué)家和物理學(xué)家的智慧結(jié)晶,更是人類文明的集中體現(xiàn)。每一個(gè)公式都深深影響了人類社會(huì)的變革,甚至塑造了人類的思想。它們的出現(xiàn)極大地促進(jìn)了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,在改善人類生活、改變世界面貌、推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的過程中顯現(xiàn)出巨大的力量。這些公式中有些你會(huì)很熟悉,有些你也許不那么熟悉。作為人類的我們有必要了解這些公式,了解人類的思想歷程。今天我們就來盤點(diǎn)人類迄今為止最重要的五個(gè)科學(xué)發(fā)現(xiàn),看看你知道幾個(gè)。

1:勾股定理
勾股定理又稱“畢達(dá)哥拉斯定理”。這個(gè)定理有十分悠久的歷史,是人類早期發(fā)現(xiàn)并證明的重要數(shù)學(xué)定理之一,用代數(shù)思想解決幾何問題的最重要的工具之一,也是數(shù)形結(jié)合的紐帶之一。直到今天,勾股定理仍然是整個(gè)數(shù)學(xué)領(lǐng)域中最重要的定理之一,它的意義在于將事物的特征轉(zhuǎn)化成數(shù)。在勾股定理公式化之后發(fā)展起來的許許多多數(shù)學(xué)公式里,都使人們隱約可見事物乃至宇宙里都存在著一個(gè)看不見的有序規(guī)律。勾股定理有著劃時(shí)代的意義。在畢達(dá)哥拉斯定理提出之后,被證明的方法就有500多種,并且被不斷引申,在諸多領(lǐng)域中起著重要作用,比如工程建筑、天文、航海等諸多領(lǐng)域。同時(shí)勾股定理是人們認(rèn)識(shí)宇宙規(guī)律的起點(diǎn),無論在東西方文明起源過程中,都有著很多動(dòng)人的故事。中國古代數(shù)學(xué)著作《九章算術(shù)》的第九章即為勾股術(shù),并且整體上呈現(xiàn)出明確的算法和應(yīng)用性特點(diǎn),這與歐幾里得《原本》第一章的(勾股弦定理的推理和純理性特點(diǎn)恰好形成煜煜生輝的兩極,令人感慨。所以說勾股定理是人類文明產(chǎn)生的第一個(gè)偉大的宇宙定理,它不僅體現(xiàn)了幾何之美,也是人類產(chǎn)生了時(shí)空觀。

2:萬有引力定律
牛頓發(fā)現(xiàn)的萬有引力定律是上世紀(jì)自然科學(xué)最偉大的定律之一,在天體運(yùn)動(dòng)中起著決定性作用,萬有引力定律在天體運(yùn)動(dòng)問題上的應(yīng)用以及在人造衛(wèi)星、宇宙飛船、航天飛機(jī)等航天技術(shù)上的應(yīng)用都很重要。它把地面上物體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律和天體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律統(tǒng)一了起來,對(duì)以后天文學(xué)和物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。在人類認(rèn)識(shí)自然的歷史上樹立了一座又一座的里程碑。萬有引力定律出現(xiàn)后,才正式把研究天體的運(yùn)動(dòng)建立在力學(xué)理論的基礎(chǔ)上,從而創(chuàng)立了天體力學(xué)。但是萬有引力天生具有桀驁不馴的本性,牛頓當(dāng)時(shí)也認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)。所以他明確地說過,萬有引力只是描述性的,更多的是一種規(guī)律總結(jié),或者是一種數(shù)學(xué)上的力,而不是解釋性的。也就是說牛頓也認(rèn)為他并沒有發(fā)現(xiàn)引力背后的物理本質(zhì)。直到200年后,愛因斯坦廣義相對(duì)論就對(duì)引力提出了更為本質(zhì)的一個(gè)科學(xué)解釋。萬有引力定律的發(fā)現(xiàn)徹底改變了人類對(duì)自然的認(rèn)識(shí),改變了全人類的思考方式。由此衍生出的無數(shù)學(xué)科以及基于這個(gè)定律的各種發(fā)明創(chuàng)造,徹底改變了人類的生活方式,一直到今天,而且還要繼續(xù)下去。

3:薛定諤方程
20世紀(jì)科學(xué)界最璀璨的兩顆雙子星,無異于就是量子力學(xué)與相對(duì)論。在量子力學(xué)中描述物體的狀態(tài)不能像經(jīng)典力學(xué)中一樣用位移、速度等,而只能用一個(gè)物理量的函數(shù)來描述,這個(gè)物理量也不再是某個(gè)確定的值,而是一個(gè)隨時(shí)間分布的概率,每一個(gè)微觀系統(tǒng)都有相應(yīng)的薛定諤方程。而量子力學(xué)的核心方程就是薛定諤方程,它就好比是牛頓第二定律在經(jīng)典力學(xué)中的位置。正是基于薛定諤方程的建立,之后才有了關(guān)于量子力學(xué)的詮釋,波函數(shù)坍縮,量子糾纏,多重世界等等的激烈討論。可以說,薛定諤方程敲開了微觀世界大門,幫助量子力學(xué)顛覆了整個(gè)物理世界。薛定諤方程可以說在物理史上具有極偉大的意義,被譽(yù)為“十大經(jīng)典公式”之一,是世界原子物理學(xué)文獻(xiàn)中應(yīng)用最廣泛、影響最大的公式。他本意是為了反擊海森堡的,然而這個(gè)公式卻成為量子力學(xué)最基本的方程之一?!庇捎趯?duì)量子力學(xué)的杰出貢獻(xiàn),薛定諤獲得1933年諾貝爾物理獎(jiǎng)。

4: 質(zhì)能方程
相對(duì)論分為狹義相對(duì)論和廣義相對(duì)論,前者是閔式時(shí)空的力學(xué)和電動(dòng)力學(xué),后者是任意偽黎曼空間的度規(guī)引力論。質(zhì)能方程是狹義相對(duì)論的產(chǎn)物,用來計(jì)算閔式時(shí)空慣性觀者測得的質(zhì)點(diǎn)除了引力勢(shì)能以外的總能。在此之前,人們毫無疑問地認(rèn)為:質(zhì)量是質(zhì)量,能量是能量,兩者間沒有聯(lián)系。很多人都認(rèn)為質(zhì)能方程是說質(zhì)量和能量可以相互轉(zhuǎn)化,但事實(shí)上這種說法是錯(cuò)誤的,質(zhì)量和能量不是相互轉(zhuǎn)換的關(guān)系。在愛因斯坦的質(zhì)能方程中,要闡述的核心思想其實(shí)并不是質(zhì)能轉(zhuǎn)換,而是質(zhì)量是能量的另一種變現(xiàn)方式,當(dāng)然能量也是質(zhì)量的另一種表現(xiàn)方式,本質(zhì)上是一樣的,可以說是一個(gè)物體的兩個(gè)面,只不過是同一概念的不同屬性,在質(zhì)量里面是有能量的,而在能量里面也存在著質(zhì)量,有著明確的數(shù)量關(guān)系,兩者是一個(gè)整體。質(zhì)能方程被譽(yù)為世界十大經(jīng)典公式,好像從來沒有一個(gè)科學(xué)界的公式有如此廣泛的意義。正是質(zhì)能方程的發(fā)現(xiàn)才有原子彈、氫彈。這個(gè)方程更重要的是徹底地顛覆了人類固有思想,促進(jìn)人類文明的進(jìn)步。

5:麥克斯韋方程組
進(jìn)入科技時(shí)代以來,人們的生活發(fā)生了天翻地覆的變化,尤其是越來越多先進(jìn)儀器的出現(xiàn),為我們提供了極大的便利。于是有人提出了一個(gè)問題,究竟是什么奠定了現(xiàn)代科技的基礎(chǔ)呢?電力的發(fā)展的確開啟了新的時(shí)代,而無線電的出現(xiàn)才真正讓我們變得更加自由,這一切都離不開電磁波的發(fā)現(xiàn),因此麥克斯韋的故事將永遠(yuǎn)流傳。麥克斯韋方程組融合了電的高斯定律、磁的高斯定律、法拉第定律以及安培定律。將電場和磁場有機(jī)地統(tǒng)一成完整的電磁場。并創(chuàng)立了電磁場理論,比較謙虛的評(píng)價(jià)是:一般地宇宙間任何的電磁現(xiàn)象,皆可由此方程組解釋。它所揭示出的電磁相互作用的完美統(tǒng)一,為物理學(xué)家樹立了這樣一種信念:物質(zhì)的各種相互作用在更高層次上應(yīng)該是統(tǒng)一的。這個(gè)理論被廣泛地應(yīng)用到技術(shù)領(lǐng)域。毫不夸張地說:沒有電磁學(xué)理論,就不會(huì)有現(xiàn)在的社會(huì)文明。麥克斯韋方程組在電磁學(xué)與經(jīng)典電動(dòng)力學(xué)中的地位,如同牛頓運(yùn)動(dòng)定律在牛頓力學(xué)中的地位一樣。以麥克斯韋方程組為核心的電磁理論,是經(jīng)典物理學(xué)最引以自豪的成就之一。

以上5個(gè)“最偉大的公式”,不僅僅是一個(gè)公式,它們見證著數(shù)學(xué)史上和物理史上最輝煌的歷程。每一個(gè)公式都是科學(xué)界最深邃的寶藏,都是打開未來之門的鑰匙。這5個(gè)公式每一個(gè)都十分重要,想要真正選出一個(gè)最偉大的公式是很困難的,你認(rèn)為最偉大的公式是哪個(gè)呢?歡迎評(píng)論留言和轉(zhuǎn)發(fā)。謝謝大家,我是探索宇宙,我們下期再見。