e是什麼？
e有很多種「身份」。它是英語字母表中的第5個字母，第二個元音。它來自希臘字母ε，是英語和許多歐洲語言中最常用的字母之一。
e同樣跨越了多個學科，串起了科學的歷程。它讓我們認識到鸚鵡螺美麗的螺殼曲線，勾勒出行星運行的軌道，了解不可分割的基本粒子及其周圍的場，將物質的本質揭示出來。
自然常數
數學家看到e，最先想到的或許是2.7182818284590……這串數字。自然常數e是我們最熟悉的無理數之一，它是自然對數的底數，是(1 + 1/n)n的極限，是數學中最令人印象深刻的數字之一。有關e的科學故事用幾本書都也講不完。
17世紀，數學家約翰·納皮爾發明了對數，在納皮爾的著作的附錄中，這個常數第一次以一種毫不起眼的方式出現在了一系列數字中。直到1683年，雅各布·伯努利在研究連續複利時，他第一次嘗試計算出了e的近似值。真正的突破來自18世紀中葉。e有時也被稱為歐拉數，因為著名數學家萊昂哈德·歐拉將對數函數與指數函數聯繫在了一起，讓人們對e有了更透徹的認識。歐拉恆等式eiπ + 1 = 0將人們最熟悉的幾個數字結合在了同一個等式裡，仿佛展現了數學的極致之美。
除了數學之美，e還總與自然之美聯繫在一起。利用e可以構造出優美的等角螺線，這個圖形被隱藏在自然的各個角落，鸚鵡螺的螺殼、向日葵的種子、銀河系的旋臂……或許也難怪人們把e稱為「自然」常數。
偏心率
如果告訴你，圓和橢圓屬於「同一類」圖形，你或許不會驚訝，但如果繼續說，這類形狀裡還包括了雙曲線和拋物線，你或許會覺得，它們的形狀看起來也太不一樣了。事實上，這些圖形確實屬於一類曲線，它們都可以通過一個正圓錐面和一個平面相切而得，被稱為圓錐曲線。
早在公元前的古希臘時代，數學家已經開始研究圓錐曲線，而定義圓錐曲線最關鍵的參數也是e，這裡的e代表偏心率。或許可以這麼理解，偏心率衡量了一種圓錐曲線的形狀偏離正圓形有多「遠」。
數學中的偏心率而後被應用在多個學科中。比如，天體物理學中的軌道偏心率是天體運行的一個關鍵參數。早在1609年，天文學家約翰內斯·克卜勒發表克卜勒第一定律，提出太陽系的行星圍繞太陽運行的軌道是橢圓形，太陽在其中一個焦點上。軌道偏心率對行星上的氣候變化、四季更迭等都會產生影響。
電子
我們很早就觀察到了「電」，從遠古時期開始，人類就時常看見閃電，古希臘時期人們發現了摩擦起電的現象。「Electric」這個詞就來自古希臘語的「λεκτρον」（琥珀），因為琥珀在摩擦之後能夠吸引微小的物體。
但直到19世紀之後，在某種程度上來說，我們才真正從本質上重新認識了「電」。在粒子物理學家的眼中，e就是第一個被發現的亞原子粒子——電子。電子是標準模型中的第一代輕子，它是一種不可再分割的基本粒子。1897年，英國物理學家約瑟夫·湯姆孫發現陰極射線是由一種以前未知的帶負電的粒子構成，這種物質要比原子小得多，荷質比也很大，這種粒子後來就被稱為電子。20世紀初，歐內斯特·盧瑟福認為電子是圍繞在原子核周圍的電子云，隨後尼爾斯·玻爾提出了一種原子結構模型，利用量子化的概念研究原子內電子的運動。
電子被認為在宇宙大爆炸的最初幾秒就已經登場，並扮演著重要角色；如今，它們應用在生活的各個方面。這些微小的粒子帶著宇宙最初的信息，引領著現代科技的進步。
元電荷
e還可以代表一個物理常量，它（有時也表示為qe）等同於一個質子攜帶的電量，被稱為元電荷。
20世紀初，物理學家羅伯特·密立根和哈維·弗萊徹利用油滴實驗最早測定出了元電荷的電荷量大小。簡單來說，他們在電容器的兩個平行的金屬表面引入一滴帶電的微小油滴，隨後在施加感應電場的情況下，讓液滴懸浮並處於平衡狀態，也就是讓電場力和重力平衡。利用已知電場可以確定油滴的電荷。在多次試驗中，電荷都是1.592×1019 C的整數倍，因此密立根認為，這個基數值就是元電荷。元電荷的數值後經過不斷校準，根據2019年國際單位制基本單位重新定義，最新的元電荷精確數值是1.602176634×1019 C。
電場
在物理學中，場是一種非常常見的物理量。19世紀，麥可·法拉第最早揭開了電磁的秘密。他用線表示電荷在空間中的受到的（電場）力，畫出了這種力的空間分布，電場圖就這樣誕生了。
隨後，詹姆斯·麥克斯韋的數學表達又讓人們又意識到，場不僅僅是一種描述工具，它雖然看不見、摸不著，卻真實存在於時空之中，像一雙無形的「手」，與周圍的物體發生著作用。電場（還有磁場）是四大基本力之一的電磁力的表現形式，電場可以通過電荷或磁場變化產生，高斯定理將電荷的分布與電場的產生聯繫在一起，而法拉第電磁感應定律則可以描述電場和磁場的變化關係。
能量
在物理學中，E還可以衡量物體做功的能力，它代表的就是能量。能量有各種不同的形式，衡量移動的物體可以用動能，儲存在場中的能量是勢能，燃燒的物體可以釋放化學能……
17到18世紀，在經典物理學體系中，許多著名科學家都已經認識到機械能之間可以相互轉化。對能量認識的一個重要突破來自19世紀。19世紀中葉起，詹姆斯·焦耳先開始研究電流的熱效應，這為揭示各類能量的等價性和能量守恆定律奠定了基礎。隨後，焦耳利用更精密的焦耳裝置進行了一系列實驗，表明物體重力勢能的減少等於通過摩擦而獲得的內能的增加，並提出熱功當量的概念。在這個過程中，人們逐漸建立起了一種對能量的關鍵認識——機械能與熱能可以相互轉化，而能量不會憑空產生，也不會消失，它只能從一種形式變成另一種形式，它遵循能量守恆定律。
進入20世紀後，對能量的認識的另一次飛躍來自愛因斯坦。1905年，愛因斯坦在提出物體的等價能量可以由質量和光速（~3×108 m/s）計算得出，這揭示出了質量與能量的本質，它就是著名的質能方程：E = mc2。
楊氏模量
《生活大爆炸》中出現過這樣一個非常有意思的片段，霍華德想用工程學問題難住總是看不上工程學的謝耳朵，他問耳朵：「如何量化材料的強度？」耳朵輕鬆回答：「楊氏模量。」蘭呆讓霍華德的問題再難一些，但霍華德說「這已經是個很難的問題了」。
圖片來源：《生活大爆炸》
雖然這是在調侃工程學，但在工程師的眼中，E確實是一種衡量材料彈性的參數，也就是楊氏模量。
楊氏模量以博學家託馬斯·楊命名，他在1807年首次正式描述並定義了楊氏模量的概念（雖然他並非第一位運用這一概念的科學家）。楊氏模量是材料的一種屬性，它將彈性材料所受的應力和應變聯繫在一起。用最簡單的方式理解，在一定的限度內，材料在受到拉力時會伸長，這種拉伸的力度與長度的變化關係就由楊氏模量控制。雖然說它是工程學裡最難的問題可能言過其實了，但說它是最重要的參數之一應該不為過。
封面&插圖設計：全能的雯雯子
參考來源：
https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/HistTopics/e/
https://www.gresham.ac.uk/lectures-and-events/the-story-of-e
https://www.docsity.com/en/news/entertainment/howard-sheldon-tug-war-physicists-engineers-lot-offer/
https://www.aps.org/programs/outreach/history/historicsites/millikan.cfm
原標題：eeeeEEE
來源：原理
編輯：Kun