1、为什么说解开一个方程就能拯救世界:
答:因为每一项物理现象,都有一个最基础的数学表达式,来表明这个与物理现象相关的各项原因之间的关系。
举一个最简单的例子,各位一定学过液压方程吧?压强等于密度乘以高乘以重力加速度。
那么这个公式对人类来说有什么意义呢?
没有这个公式,你就没法打针,没法抽血,没法灌溉粮食,没法用自来水。。。。正因为有了这个公式,让一切和我们生活相关的液体运输及应用变得有理有据,理所当然。
在电影《火星救援》中,推导的那个公式是用来表达引力相关的原理的,只要有了这个公式,人类应用引力,理论上就跟我们用水管导流液体一样简单。
2、为什么这个公式这么难解
这个问题要分几个层次去解答。
(1)相关公式是怎么来的?
答案是:通过海量的实验,然后猜。。。
高中生应该做过自由落体打点计时器计算加速度实验吧?取非常非常多次的实验数据,猜测和实验并行推导这个理论可能包含的因素,最终获得相关公式,然后再修改参数环境验证这一公式的准确性。物理就是这么枯燥乏味。
(2)为什么你日常见到的公式都很简单,而这个公式这么复杂?
答案是:高中物理学习的公式,都是经过简化的,而简化的条件是:在具体应用中,此项因素可几乎视为不变。
还是那个压强等于密度乘以高乘以重力加速度。。。。
液体密度会随着高度的增加而逐步增加,忽略不计。
液体本身有流动性,在粒子运动作用下,这个压强会有很微小的改变,忽略不计。
重力加速度随着距离地球的距离会变小(这个你应该懂的说),忽略不计。
压强高到一定程度,底部液体可能会由于温度上升而导致密度变化,忽略不计。
。。。。。
但是如果你要修一条水管往月球送水,这些因素还能忽略不计吗?
那么怎么计算呢?所有的事物,都是逐步变化的,举刚才我们说的其中一个因素,重力G的变化,其实高度每上升一毫米,理论上G都会有变化,那么在计算过程中,就会用到一种你现在还没学到的计算方法,叫做“积分”用来计算事物逐步变化的结果。而反过来,如果要计算事物逐步变化的趋势,就要用到“微分”。这两兄弟一出现,这个问题就简单不了。
(3)那么归纳物理公式最难的地方在哪里?
答案是无条件进行猜想或验证。
在质能公式出现之前,人类有办法观测到由于原子裂变或聚变带来的质量减少,放出能量的过程吗?不能说绝对没有,例如你放一块铀238,观察个几十年,他会有一部分变成铀235.。。。。。
——所以,天知道爱因斯坦是怎么想到这个破公式的。。完全没有现象基础,没有其他相关理论基础,没有研究方向。但是这个公式就这样凭空出现了。
顺口说一句,质能方程E=MC2。。。也是简化版,质能方程(质能方程式)完整版在此!
那,没有这个公式能够利用核能吗?当然可以,手段只有一种:原子弹。。。(简单粗暴)。而有了这个公式基础,我们有了核电站。
而电影中,所谓的黑洞奇点,就是:某个其他各项因素均已测定,需要知道其某项相关指标的点。得到这个点的数据,就意味着获得了重力的起源,能够帮助他的女儿简化和去除相关猜想公式中无关的部分,印证公式中有用的部分到底是不是真的有用,是不是真的按照我们猜想的方式在起作用。
就好像你解方程的时候,如果一次项、二次项、三次项系数都未知,让你去解这个方程会要了你的命,但是如果我告诉你其中一个解,这个世界就简单多了,如果我告诉你两个解,那就毫无难度了。
最后我们来聊一聊:数理知识。
等你到了大学,你会学到一门很专业的数学体系,叫做:数列。简单地说,他是研究:一大串具有一定规律和排布方式的数字的数学现象和规律。
最简单的例子就是:如果有一列数,其中任意一个位置的数等于这个位置前两个数之合。
0 1 1 2 3 5 8 13 21.。。。。。。。。。。。。
这种猜想有什么用呢?
好啦,简单地说,这是关于:如何运用空间的最优策略。
在一切现象被发现之前,其实都存在一种你未知其作用的,莫名其妙的数学理论和规律与之对应,人类历史上,不止一次在探索无穷微观和无穷宏观的过程中,验证了过去某种被认为是“无聊的数学游戏”所阐述的规律,当前,