科學史上最美麗最重要的9個數學方程式

2020-12-03 西狂部落閣

9.畢達哥拉定理

這是所有幾何學的基礎支柱之一:在直角三角形中,斜邊的正方形(與直角相對的一側)面積等於另外兩個的邊正方形面積的和。該理論通常歸功於希臘數學家畢達哥拉斯,儘管有一些證據表明巴比倫數學家也知道這個公式。這個定理也很有可能被許多人所知,但他是第一個證明它的人。

8.複數

義大利數學家 Gerolamo Cardano 是第一個引入複雜數字的人,當時稱他們為「虛數」。然而,「i」作為代表 -1 的平方根的虛數的數學發展歸因於 Leonhard Euler ,他是人類歷史上最重要的數學家和科學家之一。

複數基本上是不存在的數字,但對於許多計算非常有用。它們由具有實部的數字(我們都知道的數字)和虛部(i)組成,並且在許多領域具有實際應用,包括物理學、化學、生物學、經濟學、電氣工程和統計學等等。

7.對數

對數其實就是求冪的反函數。它可能看起來只是一種不同的方式來編寫相同的東西,但對數有無數的實際應用,用於心理學,經濟學和許多物理現象的測量(如 pH 值或地震震級)。

約翰·納皮爾首先於 1614 年在一本名為 Mirifici Logarithmorum Canonis Descriptio(對數奇妙規則的描述)的書中公開提出了對數。對數的一個特例是自然對數 e ,其中 e 是一個大約等於 2.71828182845 的無理數和超越數。事實上,e 本身具有迷人的歷史和令人印象深刻的應用,但這是另一個時代的故事。

6.微積分

很少有數學領域像微積分一樣有影響力。微積分由艾薩克·牛頓和戈特弗裡德·威廉·萊布尼茨於 17 世紀開發,廣泛用於科學,工程和經濟學。對於更簡單的可視化,上面描述的方程可以被認為是測量由函數定義的曲線下的面積。

5.引力定律

說到艾薩克·牛頓,他也對世界上最著名和最引人注目的方程之一「引力定律」負責。

該定律描述了兩個質量分別為 m1 和 m2 的物體如何相互吸引。力(F1,F2)與它們之間的距離(r)的平方成反比。唯一剩下的因子 G 是引力常數。這種常數的性質仍然難以捉摸。

4.廣義相對論

近 200 年來,牛頓的運動定律定義了我們對力學的理解水平。愛因斯坦在 20 世紀的工作使事情更上一層樓,這兩項成就矗立在物理世界的最高基座上。

廣義相對論本質上是一種幾何引力理論,概括了牛頓理論,提供了對引力作為空間和時間,或時空的幾何屬性的統一描述。特別是,愛因斯坦不僅表明存在「時空」這樣的東西,將三個維度與時間的第四維度合併,而且他還表明這個時空可以被重力彎曲。

3.熱力學第二定律

熱力學的四個定律定義了表徵熱力學系統的基本物理量(溫度,能量和熵)。特別是第二個因其簡單而在這裡脫穎而出,但絕對是巨大的影響。

第二定律規定,相互作用的熱力學系統的熵總和必須總是增加,或者最多保持不變。當能量從一種形式變為另一種形式或物質四處移動時,封閉系統中的熵(或無序程度)會增加。一段時間後,溫度,壓力和密度的所有差異都趨於均勻。

2.麥克斯韋方程組

簡單地說,麥克斯韋的方程式是電磁學的基礎,就像牛頓定律是力學的基礎。它們為經典電磁學、經典光學和電路提供了數學基礎。它們被廣泛用於您正在閱讀的設備上。

麥克斯韋定律描述了電場,電流和場變化如何產生電場和磁場。一個重大的突破是電場和磁場以光速傳播的證據。

1.歐拉等式

最後,這很可能是最優雅的等式,是一種至高無上的美,因為它涉及所有「基本」數字:

0,加法和減法均為中性;1,乘法和除法是中性的;e,這是歐拉數(見上文對數),自然對數的基數;i,是虛數單位(見上文複數);π,是 pi,圓周長與其直徑的比值。找到一個統一所有這些數字的關係,這簡直令人嘆為觀止,而且似乎不太可能。

史丹福大學數學教授凱斯·德夫林對這個等式的描述是恰當的,他說「就像莎士比亞的十四行詩捕捉到了愛的本質,或者是一種能夠展現出人類形象之美的畫作,歐拉方程式深入到存在的深處。「

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