定理|高中数学公式背后的有趣的故事,看完就能爱上数学( 三 )


NO.6 牛顿定律

定理|高中数学公式背后的有趣的故事,看完就能爱上数学
文章图片

经典物理学中最伟大的没有之一的核心定律 。 学过高中物理的你 , 还记得它们吗?
公式背后的故事

定理|高中数学公式背后的有趣的故事,看完就能爱上数学
文章图片

1684年 , 牛顿的朋友埃德蒙顿·哈雷问牛顿能否证明行星的轨道是椭圆 , 牛顿说他能 。 结果三年后 , 牛顿对这一问题的论证便形成了《自然哲学的数学原理》 , 该书第一部分就开宗明义叙述了牛顿三大定律 , 为将来的一切物理学书籍定下了基调 。
哈雷慷慨解囊 , 赞助牛顿出版了此书 , 他的这一义举最终以一种非常独特的方式得到了回报:除了对苹果和行星以外 , 牛顿的理论也可应用于彗星 。 因为彗星的轨道是椭圆 , 所以它们一定会一次又一次地回归 。 哈雷意识到 , 人们曾多次观察到一颗特定彗星 , 它以大约75年的周期回归:1456年、1531年、1606年和1682年 。 于是他正确地预测了这颗彗星将会在1758年(那时他早已离世)再次回归 。 从那时起 , 这颗彗星每隔75至76年就会回归一次 , 这就是著名的哈雷彗星 。
NO.7 麦克斯韦方程组

定理|高中数学公式背后的有趣的故事,看完就能爱上数学
文章图片

麦克斯韦方程最伟大的功绩就是将电现象、磁现象与光的本质有机地统一在完整的电磁场理论中 。 这组公式融合了电的高斯定律、磁的高斯定律、法拉第定律以及安培定律 。 比较谦虚的评价是:『一般地 , 宇宙间任何的电磁现象 , 皆可由此方程组解释 。 』
麦克斯韦揭示了电场和磁场是一种基本媒介 , 并发现光速c是一个不变的基本物理常数:磁场是由电流产生的 , 电场是由变化的磁场引发的 。 而且说到底 , 光只不过就是传播中的电磁波 , 是振动中的磁场与电场相互交织、精致编就的织锦 , 而磁场与电场就好像一幅纺织品上的经线与纬线 。
公式背后的故事

定理|高中数学公式背后的有趣的故事,看完就能爱上数学
文章图片

MacBook产生的美丽电磁场
麦克斯韦方程预言电磁波可以以不同的波长存在 , 例如我们今天叫作微波、红外线、紫外线和X射线的那些光波就都是电磁波 。 它们预言这样的波可以通过振荡电场产生 。 1901年 , 意大利人古列尔莫·马可尼正是利用这一原理发射了第一束无线电波 。 它们暗示光本身可以产生压强 。 果然不错 , 研究人员在20世纪发现了『太阳风』 , 它揭开了彗星尾部所指的方向背离太阳的千古之谜 。 而在1905年 , 它们又为阿尔伯特·爱因斯坦指明了发现相对论的道路 。
NO.8 质能公式
又一个简洁公式的典范!同时也又一次刷新了人类的世界观 。 质能方程深刻地揭示了质量与能量之间的关系 , 在此之前 , 人们毫无疑问的认为:质量是质量 , 能量是能量 , 两者间没有联系 , 但在相对论力学中 , 能量和质量是可互换的 。
公式背后的故事

定理|高中数学公式背后的有趣的故事,看完就能爱上数学
文章图片

爱因斯坦其实并没有证明E = mc2 !他曾经做过近似处理 , 因此他只是证明了E ≈ mc2(也就是说 , 能量与物质大体等价) 。 他没有真正下手确定这一近似计算的误差是多少 。 看上去他似乎根本就不在乎——作为一位不拘形骸的天才、数学课的『懒狗』 , 为什么要用迂腐的数学证明来糟蹋这样一个『很有趣、很有感染力』的想法?当然 , 爱因斯坦和其他人后来曾经回过头来对这个最重要的原理进行了更为严格的论证 。

推荐阅读