萬(wàn)物皆有“數(shù)”

王新民

正如著名數(shù)學(xué)家華羅庚先生所說(shuō)的那般——宇宙之大，粒子之微，火箭之速，化工之巧，地球之變，日用之繁，無(wú)處不用數(shù)學(xué)。生活無(wú)處不數(shù)學(xué)，世界處處是數(shù)學(xué)。

在人類文明的產(chǎn)生和發(fā)展的歷程中，數(shù)學(xué)一直伴隨左右。從原始人類分配生活資源而出現(xiàn)的“數(shù)”，到因勞動(dòng)需要發(fā)明工具而產(chǎn)生的“形”;從早期文明中的歷法計(jì)算、天體運(yùn)行規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，到近現(xiàn)代文明中的重大科技革命，如蒸汽機(jī)的發(fā)明、電子計(jì)算機(jī)的突破、互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)等，數(shù)學(xué)在人類認(rèn)識(shí)世界與改造世界的過(guò)程中一直發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。

數(shù)學(xué)早已滲入到我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?。我們選擇和購(gòu)買各種商品、測(cè)試身體運(yùn)動(dòng)機(jī)能、了解銀行儲(chǔ)蓄收益、計(jì)算房屋建造用料等，都需要用到數(shù)學(xué);甚至車輛行駛路線的選擇、火箭最佳發(fā)射時(shí)間的計(jì)算、飛機(jī)航班的編排、未來(lái)天氣的預(yù)報(bào)等，無(wú)處不在使用著數(shù)學(xué)。

數(shù)學(xué)是美的藝術(shù)。從描述電磁基本理論的麥克斯韋方程組所具有的對(duì)稱性，到能夠無(wú)限放大的分形圖形所蘊(yùn)含的自相似性，都能看出對(duì)簡(jiǎn)潔與美的追求早已融入到了數(shù)學(xué)的基因中。同時(shí)，數(shù)學(xué)也似乎天然地與藝術(shù)相關(guān)，無(wú)論是音樂(lè)還是繪畫(huà)或雕塑，都有數(shù)學(xué)之美融入其中。幾何透視法讓達(dá)芬奇的《蒙娜麗莎》成為曠世之作，黃金分割法讓肖邦的《降D大調(diào)夜曲》在最合適的時(shí)候進(jìn)入高潮，經(jīng)久不衰。

數(shù)學(xué)是了解宇宙的鑰匙。哥白尼的日心說(shuō)，其核心是用數(shù)學(xué)描述了地球的運(yùn)動(dòng)和論證了天體運(yùn)行的基本規(guī)律，否定了統(tǒng)治1000多年的“地心說(shuō)”，這是天文學(xué)上一次偉大的革命，引發(fā)了人類宇宙觀的重大革新;牛頓的三大運(yùn)動(dòng)定律和萬(wàn)有引力定律，則是人類歷史上首次用一組普適性的基礎(chǔ)數(shù)學(xué)原理來(lái)描述宇宙間所有物體的運(yùn)動(dòng)。

數(shù)學(xué)是打開(kāi)科學(xué)大門的重要工具。生物學(xué)遺傳定律的發(fā)現(xiàn)，愛(ài)因斯坦相對(duì)論的提出，信息論的誕生，計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)學(xué)規(guī)律的揭示，無(wú)一不與數(shù)學(xué)息息相關(guān)。在各自領(lǐng)域內(nèi)取得成功的科學(xué)家們，絕大多數(shù)對(duì)數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用都有很高的造詣。如我們熟知的電影《美麗心靈》的主人公納什，他不僅是一位著名的經(jīng)濟(jì)學(xué)家，更是一位天才的數(shù)學(xué)家。

可以說(shuō)，很多重大的科學(xué)和技術(shù)革命都是由數(shù)學(xué)所推動(dòng)的。當(dāng)前火熱的人工智能和大數(shù)據(jù)技術(shù)，其基石也是數(shù)學(xué)，數(shù)據(jù)的提取、存儲(chǔ)、分析、管理與應(yīng)用，每一步都離不開(kāi)數(shù)學(xué)。

過(guò)去、現(xiàn)在以至未來(lái)，數(shù)學(xué)已經(jīng)且將繼續(xù)深刻地影響世界科技、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)的發(fā)展。數(shù)學(xué)實(shí)力對(duì)國(guó)家的整體實(shí)力有著重要影響，數(shù)學(xué)強(qiáng)則科技強(qiáng)、國(guó)家強(qiáng)。

本期特別策劃，我們將一同走進(jìn)通往無(wú)限的數(shù)學(xué)殿堂，分享數(shù)學(xué)歷史中關(guān)于π的永恒話題，一起探尋彭羅斯階梯走不出的奧秘;通過(guò)音樂(lè)與建筑中數(shù)學(xué)知識(shí)的運(yùn)用，真正感受“美是和諧”;探討運(yùn)動(dòng)中的數(shù)學(xué)技巧，成為百發(fā)百中的運(yùn)動(dòng)達(dá)人，讓我們跟隨數(shù)學(xué)科普作者們一起領(lǐng)略數(shù)學(xué)的無(wú)限魅力吧！