人类如何接近“宇宙无限”?微积分的力量无处不在


人类如何接近“宇宙无限”?微积分的力量无处不在

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距离2021年高考还有不到两百天,当无数高中生还在为千军万马过独木桥而紧锣密鼓准备之时,有部分初中生却已经一只脚踏入了清华大学的校门 。
2020年的最后一天,清华大学发布官方通知,将启动“丘成桐数学科学领军人才培养计划”,初三学生就可申请,有机会直接走上本硕博连读的“学霸道路” 。
在大部分同学还在为一次、二次函数头疼的时候,杭州已经有会微积分的初中生报名了 。
“微积分”,听起来是大学生才会接触到的三个字,俨然成了判断超前学霸的指标 。它究竟有多难?
先别着急皱眉头,其实早在我们小学二年级的时候(甚至可能更早),就已经见识过微积分了,而且我们身边许多看似理所应当工具,全都要拜它所赐 。
无穷之“罪”相信每一位小学数学老师都曾这样提醒过刚学习除法的我们:0一定不可以作为除数,因为没有数乘以零会得出非零数 。我们从此将其奉为圭臬 。
可另外一种有意思的情况:在实无穷条件下,如果一个无限接近0的数被累计无穷次,结果可以等于任何数 。
微积分,便是把复杂的问题分解为无穷个小问题(微分),再将它们组合在一起(积分) 。组合多少次呢?无穷次 。
“无穷”是一个奇妙的封印 。数学家史蒂夫·斯托加茨(Steven Strogatz)在著作《微积分的力量》中将无穷称作“被通灵术召唤的灵魂”,这可不是恭维 。例如,如果一段很短的线段被分为实无穷段,则每一段的长度为0 。亚里士多德认为这会招致谬论,所以,他不允许在数学和哲学中使用实无穷,只能使用潜无穷 。在接下来的2200年里,他的这条“法令”得到了数学家的支持 。
在史前时期的黑暗角落里,有人意识到数字是无尽的 。伴随着这样的想法,无穷诞生了,它是我们心灵深处、无底噩梦和永生愿望中的某些东西的数字对应物 。无穷也是我们的很多梦想、恐惧和未解之谜的核心:宇宙有多大?永远是多久?上帝有多强大?几千年来,在人类思想的每一个分支,从宗教、哲学、科学到数学,无穷一直困扰着世界上最优秀的大脑,始终被视为一个危险的概念 。
而正如《微积分的力量》的英文原书名