各門科學的數(shù)學化
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李新征1由 分享
數(shù)學究竟是什么呢？我們說，數(shù)學是研究現(xiàn)實世界空間形式和數(shù)量關(guān)系的一門科學．它在現(xiàn)代生活和現(xiàn)代生產(chǎn)中的應(yīng)用非常廣泛，是學習和研究現(xiàn)代科學技術(shù)必不可少的基本工具．
同其他科學一樣，數(shù)學有著它的過去、現(xiàn)在和未來．我們認識它的過去，就是為了了解它的現(xiàn)在和未來．近代數(shù)學的發(fā)展異常迅速，近30多年來，數(shù)學新的理論已經(jīng)超過了18、19世紀的理論的總和．預(yù)計未來的數(shù)學成就每“翻一番”要不了10年．所以在認識了數(shù)學的過去以后，大致領(lǐng)略一下數(shù)學的現(xiàn)在和未來，是很有好處的．
現(xiàn)代數(shù)學發(fā)展的一個明顯趨勢，就是各門科學都在經(jīng)歷著數(shù)學化的過程．
例如物理學，人們早就知道它與數(shù)學密不可分．在高等學校里，數(shù)學系的學生要學普通物理，物理系的學生要學高等數(shù)學，這也是盡人皆知的事實了．
又如化學，要用數(shù)學來定量研究化學反應(yīng)．把參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度、溫度等作為變量，用方程表示它們的變化規(guī)律，通過方程的“穩(wěn)定解”來研究化學反應(yīng)．這里不僅要應(yīng)用基礎(chǔ)數(shù)學，而且要應(yīng)用“前沿上的”、“發(fā)展中的”數(shù)學．
再如生物學方面，要研究心臟跳動、血液循環(huán)、脈搏等周期性的運動．這種運動可以用方程組表示出來，通過尋求方程組的“周期解”，研究這種解的出現(xiàn)和保持，來掌握上述生物界的現(xiàn)象．這說明近年來生物學已經(jīng)從定性研究發(fā)展到定量研究，也是要應(yīng)用“發(fā)展中的”數(shù)學．這使得生物學獲得了重大的成就．
談到人口學，只用加減乘除是不夠的．我們談到人口增長，常說每年出生率多少，死亡率多少，那么是否從出生率減去死亡率，就是每年的人口增長率呢？不是的．事實上，人是不斷地出生的，出生的多少又跟原來的基數(shù)有關(guān)系；死亡也是這樣．這種情況在現(xiàn)代數(shù)學中叫做“動態(tài)”的，它不能只用簡單的加減乘除來處理，而要用復(fù)雜的“微分方程”來描述．研究這樣的問題，離不開方程、數(shù)據(jù)、函數(shù)曲線、計算機等，最后才能說清楚每家只生一個孩子如何，只生兩個孩子又如何等等．
還有水利方面，要考慮海上風暴、水源污染、港口設(shè)計等，也是用方程描述這些問題再把數(shù)據(jù)放進計算機，求出它們的解來，然后與實際觀察的結(jié)果對比驗證，進而為實際服務(wù)．這里要用到很高深的數(shù)學．
談到考試，同學們往往認為這是用來檢查學生的
學習質(zhì)量的．其實考試手段（口試、筆試等等）以及試卷本身也是有質(zhì)量高低之分的．現(xiàn)代的教育統(tǒng)計學、教育測量學，就是通過效度、難度、區(qū)分度、信度等數(shù)量指標來檢測考試的質(zhì)量．只有質(zhì)量合格的考試才能有效地檢測學生的學習質(zhì)量．
至于文藝、體育，也無一不用到數(shù)學．我們從中央電視臺的文藝大獎賽節(jié)目中看到，給一位演員計分時，往往先“去掉一個最高分”，再“去掉一個最低分”．然后就剩下的分數(shù)計算平均分，作為這位演員的得分．從統(tǒng)計學來說，“最高分”、“最低分”的可信度最低，因此把它們?nèi)サ簦@一切都包含著數(shù)學道理．
我國著名的數(shù)學家關(guān)肇直先生說：“數(shù)學的發(fā)明創(chuàng)造有種種，我認為至少有三種：一種是解決了經(jīng)典的難題，這是一種很了不起的工作；一種是提出新概念、新方法、新理論，其實在歷史上起更大作用的、歷史上著名的正是這種人；還有一種就是把原來的理論用在嶄新的領(lǐng)域，這是從應(yīng)用的角度有一個很大的發(fā)明創(chuàng)造．”我們在這里所說的，正是第三種發(fā)明創(chuàng)造．“這里繁花似錦，美不勝收，把數(shù)學和其他各門科學發(fā)展成綜合科學的前程無限燦爛．”
正如華羅庚先生在1959年5月所說的，近100年來，數(shù)學發(fā)展突飛猛進，我們可以毫不夸張地用“宇宙之大、粒子之微、火箭之速、化工之巧、地球之變、生物之謎、日用之繁等各個方面，無處不有數(shù)學”來概括數(shù)學的廣泛應(yīng)用．可以預(yù)見，科學越進步，應(yīng)用數(shù)學的范圍也就越大．一切科學研究在原則上都可以用數(shù)學來解決有關(guān)的問題．可以斷言：只有現(xiàn)在還不會應(yīng)用數(shù)學的部門，卻絕對找不到原則上不能應(yīng)用數(shù)學的領(lǐng)域．
同其他科學一樣，數(shù)學有著它的過去、現(xiàn)在和未來．我們認識它的過去，就是為了了解它的現(xiàn)在和未來．近代數(shù)學的發(fā)展異常迅速，近30多年來，數(shù)學新的理論已經(jīng)超過了18、19世紀的理論的總和．預(yù)計未來的數(shù)學成就每“翻一番”要不了10年．所以在認識了數(shù)學的過去以后，大致領(lǐng)略一下數(shù)學的現(xiàn)在和未來，是很有好處的．
現(xiàn)代數(shù)學發(fā)展的一個明顯趨勢，就是各門科學都在經(jīng)歷著數(shù)學化的過程．
例如物理學，人們早就知道它與數(shù)學密不可分．在高等學校里，數(shù)學系的學生要學普通物理，物理系的學生要學高等數(shù)學，這也是盡人皆知的事實了．
又如化學，要用數(shù)學來定量研究化學反應(yīng)．把參加反應(yīng)的物質(zhì)的濃度、溫度等作為變量，用方程表示它們的變化規(guī)律，通過方程的“穩(wěn)定解”來研究化學反應(yīng)．這里不僅要應(yīng)用基礎(chǔ)數(shù)學，而且要應(yīng)用“前沿上的”、“發(fā)展中的”數(shù)學．
再如生物學方面，要研究心臟跳動、血液循環(huán)、脈搏等周期性的運動．這種運動可以用方程組表示出來，通過尋求方程組的“周期解”，研究這種解的出現(xiàn)和保持，來掌握上述生物界的現(xiàn)象．這說明近年來生物學已經(jīng)從定性研究發(fā)展到定量研究，也是要應(yīng)用“發(fā)展中的”數(shù)學．這使得生物學獲得了重大的成就．
談到人口學，只用加減乘除是不夠的．我們談到人口增長，常說每年出生率多少，死亡率多少，那么是否從出生率減去死亡率，就是每年的人口增長率呢？不是的．事實上，人是不斷地出生的，出生的多少又跟原來的基數(shù)有關(guān)系；死亡也是這樣．這種情況在現(xiàn)代數(shù)學中叫做“動態(tài)”的，它不能只用簡單的加減乘除來處理，而要用復(fù)雜的“微分方程”來描述．研究這樣的問題，離不開方程、數(shù)據(jù)、函數(shù)曲線、計算機等，最后才能說清楚每家只生一個孩子如何，只生兩個孩子又如何等等．
還有水利方面，要考慮海上風暴、水源污染、港口設(shè)計等，也是用方程描述這些問題再把數(shù)據(jù)放進計算機，求出它們的解來，然后與實際觀察的結(jié)果對比驗證，進而為實際服務(wù)．這里要用到很高深的數(shù)學．
談到考試，同學們往往認為這是用來檢查學生的
學習質(zhì)量的．其實考試手段（口試、筆試等等）以及試卷本身也是有質(zhì)量高低之分的．現(xiàn)代的教育統(tǒng)計學、教育測量學，就是通過效度、難度、區(qū)分度、信度等數(shù)量指標來檢測考試的質(zhì)量．只有質(zhì)量合格的考試才能有效地檢測學生的學習質(zhì)量．
至于文藝、體育，也無一不用到數(shù)學．我們從中央電視臺的文藝大獎賽節(jié)目中看到，給一位演員計分時，往往先“去掉一個最高分”，再“去掉一個最低分”．然后就剩下的分數(shù)計算平均分，作為這位演員的得分．從統(tǒng)計學來說，“最高分”、“最低分”的可信度最低，因此把它們?nèi)サ簦@一切都包含著數(shù)學道理．
我國著名的數(shù)學家關(guān)肇直先生說：“數(shù)學的發(fā)明創(chuàng)造有種種，我認為至少有三種：一種是解決了經(jīng)典的難題，這是一種很了不起的工作；一種是提出新概念、新方法、新理論，其實在歷史上起更大作用的、歷史上著名的正是這種人；還有一種就是把原來的理論用在嶄新的領(lǐng)域，這是從應(yīng)用的角度有一個很大的發(fā)明創(chuàng)造．”我們在這里所說的，正是第三種發(fā)明創(chuàng)造．“這里繁花似錦，美不勝收，把數(shù)學和其他各門科學發(fā)展成綜合科學的前程無限燦爛．”
正如華羅庚先生在1959年5月所說的，近100年來，數(shù)學發(fā)展突飛猛進，我們可以毫不夸張地用“宇宙之大、粒子之微、火箭之速、化工之巧、地球之變、生物之謎、日用之繁等各個方面，無處不有數(shù)學”來概括數(shù)學的廣泛應(yīng)用．可以預(yù)見，科學越進步，應(yīng)用數(shù)學的范圍也就越大．一切科學研究在原則上都可以用數(shù)學來解決有關(guān)的問題．可以斷言：只有現(xiàn)在還不會應(yīng)用數(shù)學的部門，卻絕對找不到原則上不能應(yīng)用數(shù)學的領(lǐng)域．