数学为什么是科学?

Sunchild


在科学中,数学号称科学之母,也是现代科学中必不可少的工具,数学当然是科学。

1. 数学是一种科学的语言

伽利略曾说过:“大自然这本书是用数学语言写成的。……除非你首先学懂了它的语言,……,否则这本书是无法读懂的。”数学这种科学的语言,是十分精确的,这是数学这门学科的特点。同时,这种语言又是世界通用的。加减乘除,乘方开方,指数对数,微分积分,常数等等,这些数学语言和符号一开始虽然可能五花八门、各有千秋,但早已统一为一个固定的样式,世界各地通用,对我们的掌握和使用是十分方便的。

如果说自然科学的理论经常是由于上帝的抛砖引玉而出现的(例如吉尔伯特摩擦琥珀发现电),那么数学就是通向一切真理的钥匙,许多的定理都是以公式存在,运算也需要通过数学。所以说数学是宇宙的语言。而且数学重在培养人的思维能力,使人更聪明,更具备科学素养。抽象、简洁、对称、逻辑,这是数学与美学合并而成的"数学四美";柏拉图,亚里士多德等哲学家也是数学家,可见数学与哲学的关系。

2. 数学是一门重要的科学

数学忽略了物质的具体形态和属性,纯粹从数量关系和空间形式的角度来研究现实世界,它和哲学类似,具有超越具体学科、普遍适用的特征,对所有的学科都有指导性的意义。

数学的本体只有穷极法(微积分),线性代数逻辑代数是数学在逻辑学上的应用,概率论;拓扑学是数学在事理逻辑上的应用,然后是物理学。

最为典型的例子就是牛顿,“万有引力大小和距离平方成反比”的这个想法,最初由科学家胡克提出,但是胡克无法证明这个猜想的直接推论就是开普勒三定律。

然后牛顿自创微积分,证明了开普勒三定律是万有引力定律的推论,从而把万有引力定律的桂冠收入囊中;说白了就是胡克数学不及牛顿,否则万有引力定律的发现者荣耀,是否还是牛顿就说不准了。

《自然科学的数学原理》是牛顿的不朽名著,他发现了宏观时间的自然规律可以用数学表达的精准而简单。其实任何科学都可以用数学进行朴素清晰的表达。

3. 数学是一门重思考与理解、重严格的训练、充满创造性的科学。

我们许多在实际工作中成功地应用了数学、取得相当突出成绩的校友都有这样的体会:在工作中真正需要用到的具体数学分支学科,具体的数学定理、公式和结论,其实并不一定很多;学校里学过的一大堆数学知识很多都似乎没有派上什么用处,有的甚至可能已经忘记,但他们所受的数学训练,所领会的数学思想和精神,所获得的数学教养,却无时无刻不在发挥着积极的作用,成为取得成功的最重要的因素。我认为,这是很值得引起大家重视的经验之谈。

4. 通过认真的数学学习和严格的数学训练,可以使学生具备一些特有的素质和能力。

这些素质和能力包括:

自觉的数量观念。使人会认真注意事物的数量方面及其变化规律,而不是 “胸中无数”,凭感觉、“拍脑袋”做决定、办事情。

严密的逻辑思维能力。使人能保持思路清晰,条理分明,有条不紊地处理头绪纷繁的各项工作。

高度的抽象思维能力。使人面对错综复杂的现象,能分清主次,抓住主要矛盾,突出事物的本质,按部就班地、有效地解决问题,而不会无所适从、一筹莫展,或是眉毛、胡子一把抓。

数学上的推导要求每一个正负号、每一个小数点都不能含糊敷衍,有助于培养认真细致、一丝不苟的作风和习惯。

数学上追求的是最有用(广泛)的结论、最少的条件(代价)以及最简明的证明,通过严格的数学训练,会逐步形成精益求精、力求尽善尽美的习惯和风格。

关注数学的来龙去脉,知道数学概念、方法和理论的产生和发展的渊源和过程,会提高建立数学模型、运用数学知识处理现实世界中各种复杂问题的意识、信念和能力。

作为一种思想的体操和竞赛,数学会使人增强拼搏精神和应变能力,通过不断分析矛盾,从困难局面中理出头绪,最终解决问题。

数学的学习和思考,会为学生打开自由创造的广阔天地,激发他们的探索精神、创新意识及创新能力,使他们更加灵活和主动,聪明才智得到充分的表现和发挥,等等。

有关数学定义的名言:

自然界的书是用数学的语言写成的。——伽利略数学的本质在于它的自由。——康托尔

宇宙之大,粒子之微,火箭之速,化工之巧,地球之变,生物之谜,日用之繁,无处不用数学。——华罗庚

数学是科学之王。——高斯

万物皆数。——毕达哥拉斯





东门茶饮


数学是工具,不是科学,但科学需要数学来表达。数学也有适应范围,不是一切问题数学都能够解决的,有时候反而误导人们。但数学家们只谈数学的正面作用,对数学的运用范围,不加限制。


数学是一个奇怪的思维工具,使用得当它可以揭示事物之间的关系,为科学发明奠定基础。但是,数学不是万能的,如果在不适当的地方使用了数学,反而使人陷入困惑,如果依靠这些数据进行决策,难免发生严重错误,甚至失败。这些,看似不可能犯的错误,却充满人类社会的每一个角落。

西红柿1元钱一斤,我拿10元钱,你拿2元钱,肯定我买到的西红柿多;你的月薪是1000元,我的是100万元,我是富翁,你是穷人,能否定吗?我的起重机可以吊起100吨的货物,你的才吊起10吨的货物,我的起重机的马力肯定比你大。


这些都是正确的,数字如实地反映了客观事实。物理的机械性能,化学的方程式配平,机械能守恒定律,都是通过数学精确表达的。也是人类认识世界与改造世界的思维工具。但这只是人类认识方式的一部分,下面是数学制造的假象,你认同吗?

一、一支1万人的军队,一支10万人的军队,武器装备差不多。两只军队一旦开战,几乎100%的人会作出一面倒的判断,1万对十万,力量相差悬殊,简直是螳臂挡车!既然这样,为什么我国历史上出现了淝水之战,赤壁之战这些以弱胜强的战例?当时的武器装备应该相差无几。相反,伊拉克萨达姆的100多万军队,在美军的打击下,迅速灰飞烟灭,而阿富汗塔利班的民兵武装却可以与美军周旋十几年,逼得美军欲战无力,欲罢不能,处于尴尬境地。从数字上看,无论中苏朝集团,还是中苏越集团都不是美国为首的发达国家的对手,结果让定量分析的高手及军事家大跌眼镜。


为啥?

二、数学反映的是静态数据,对于两大系统的互动是无法预测到的。系统的互动不只是表面要素的作用,还有作战之前看不到的要素再起作用,而有些因素是根本无法统计的变量。比如,士气。一方作战顺风顺水,一路高歌猛进,士气一定高昂,作为对立面,士气必然低落。而一旦失利的一方取得了一次大胜,士气马上高昂,对方反而士气低落下来。此消彼长的士气一旦形成力量是无法用数字表达的。《亮剑》李云龙做了《论军人的战斗意志》的报告,十分重视士气。为啥军人的战斗意志那么重要?士气来源于保家卫国,士气来源于宗教荣誉,士气来源于复仇等等。和平劳动是输出的体力智力,战场是拼命的,体力智力可以恢复,可以不断开发,生命只有一次。所以,士气没法定量,却十分重要。没有根本利益冲突,一般人不会以命相博。再如田忌赛马,调换一下出赛顺序胜负颠倒,这是系统的有序性。一切不变,顺序不同,发挥的功能不同。当然,战略战术天时地利人和,外援等都无法定量。但数学数字确实是普通人看重的,所以,也是平庸的分析方法。

三、金刚石与石墨

质量相同,改变一下分子结构,功能差别极大,一公斤金刚石与1000公斤石墨比硬度,数学照样无法正确反映。核武器只要数量毁灭对方一次,给毁灭10000次没有区别。人一生长寿者可以吃10万顿饭,为了减肥,每顿可以少吃一点点,如果把这一点点集中到10天不吃不喝,立马死去。数学无法解释。



四、外星人

天体也是如此,由于宇宙很大,数学家似乎找到了用武之地,什么概率论与数理统计分析都用上了,外星人似乎比比皆是。但至今并无外星人的蛛丝马迹。是探测手段不高明吗?当然不是,是数学方法的根本错误。宇宙是系统,等级结构性规定了顶尖只有一个,代表宇宙无限发展的物质实体——人类智慧的无限性刚好符合宇宙规律,所以,人类是宇宙的唯一。节约是宇宙最优化的表现形式,一个地球人类够了,没必要再创造出其它人类。那样不符合最优化的系统目标。




老张观世界o


数学为什么是科学?

♥数学不属于严格意义下的科学,但它是一切科学研究的必须依存的基础,数学只是一种工具,它是一门精华其为科学服务语言;科学家称为度量与数字的结果。

●数学是研究抽象事物之间内在关系的思维一门学科;它都是以系统、逻辑、精确、严密等形象展示在世人面前。当我们在叙述和解决一个与数学有关问题的时候,追求或得到的结果必须是准确和精确无误。即使是在运用数学知识去解决问题的过程中,无论是语言的表述或是论点的论证,也都需要有理有据的论证。


●而科学是研究客观世界的学问,科学的特征是可验证可重复,而验证与重复也是证伪的过程,科学总是在不断修正错误中前进,而数学要求体系的完备,不能在其内的运算逻辑中出现错误。

●近代数学自从诞生集合论以来,就创造出了抽象代数学、拓扑学、泛函分析与测度论等重要数学分支,特别是像传统的代数几何、微分几何、复分析等,都已经推广到高维层面,如代数数论不断经过很多数学家的完善,已经变得非常完美。


●例如人们在计算一个圆的圆周率(π)→圆的周长与直径的比值,是一个在数学及物理学中普遍存在的数学常数;π也等于圆形之面积与半径平方之比。是精确计算圆周长、圆面积、球体积等几何形状的关键值。

●一个直径为1厘米的圆,现在测量它的圆周(围绕圆周的距离),你就会发现一切都结束了3厘米,此值称为 pi(π),如果你把任何圆的圆周除以它的直径,数学家们用计算机来计算 到数十亿位小数点,但一个精确的值将永远联系不到 。


●计算它只是一个值的性质:物体占据的空间以纳米微米表示的模式,理解为什么这些模式。数学是科学用于解决实际问题的手段。数学方程式用数学来尝试公关新实验结果是否符合自然规律。

●1234567890等数字组成不同的数字集名字。它们都可以显示出来称为数字的直线和负整数、整数。 带分数的数在内部有理数是数字T以分数形式书写,适用于Ex无理数不是分数。

●分形是一种复杂的几何形状,它具有“自相似性”的特性。这个意味着整体形状的较小版本 在形状中一次又一次地出现 经过放大后,每个部分看起来都很基本 就像整个物体一样,许多自然物体例如蕨类植物或树木的花纹 分支→具有分形形状。分形几何学也使计算机成为可能创建美丽复杂的图案,如此处显示的一个算术,组合的四种基本方式,算术中的数字是加法(+ )减法(-)乘法(x)和 除法(/)数学家称之为处理操作,符号称为叫做操作员。 使数平方将一个数乘以它本身)是的另一个示例 ;数学运算在加法和乘法中,数字的顺序并不重要


●拓扑结构,想象一下画一个甜甜圈和其他形状,想象一下拉伸橡胶T形状。 属性的哪些属性一样的? EA的面积换衣服? 计算SI的长度换衣服? 那号码呢或者边缘的数目?

●拓扑学就是研究形状的属性保持为U,当它们填充的空间为字符串时扭曲了。 数学的这一分支 在O的研究中很重要和宇宙结构。

知足常乐于上海2019.10.8日


知足常乐0724


数学是研究抽象事物之间内在关系的思维学科,而科学是研究客观世界的学问,科学的特征是可验证可重复,而验证与重复也是证伪的过程,科学总是在不断修正错误中前进,而数学要求体系的完备,不能有内在的逻辑错误,因此数学不属于严格意义下的科学,但是一切科学研究的必须依存的基础。

补充例子:

1.数系只有扩展,没有否定过去;而科学中的物理学会否定过去--牛顿力学是速度远远小于光速的相对论近似,而不能说实数是复数的近似,因为复数是完全包含了实数。

2.无理数只需要逻辑反正即可确定成立,不会采用计算出无穷小数来验证,而验证是科学最重要的特征;

3.科学建立在对客观认识的基础上,数学是建立在假设基础,按照逻辑推演得到结果,二者从方法、目的以及体系都有截然不同的区别。




矩阵链


数学是科学之母,数学是科学之王。但是,普遍意义上来讲,数学不是一门科学。

(一)科学的定义是什么。

一般指科学,指的是自然科学,是研究大自然中无机或有机的事物和现象的科学,包括天文学,物理学,化学,地球科学,生物学,医学等等,一般要经过观察,假设,实验,定论的过程。简单说,科学是有研究对象的,而数学没有。这样看,数学不是自然科学。

(二)科学的特性是什么?

对科学,大家比较认可的特性是当年卡尔.波普尔给出的,即科学的表述在于其是可证明或可证伪的。而数学,是由不可证伪的公理为基础而建立起来的理想模型。所以它是一门学科,但不是一门科学。

(三)科学的发展基础是数学。

数学是一个独立的领域,但是数学和科学紧密联系,科学基于实验,而实验基于数学,所以科学的发展基础就是数学。


细雨禾丰SY


“数学是科学之王”这句话是高斯说的。高斯被认为是历史上最重要的数学家之一,并享有“数学王子”之称。从整体来说,数学是一门需要很强逻辑思维的学科,而科学更需要想象的能力。因此不同的人所擅长的方面都是不同的。


文雅的雪


数学是研究抽象事物之间内在关系的思维学科,而科学是研究客观世界的学问,科学的特征是可验证可重复,而验证与重复也是证伪的过程,科学总是在不断修正错误中前进,而数学要求体系的完备,不能有内在的逻辑错误,因此数学不属于严格意义下的科学,但是一切科学研究的必须依存的基础。\r 补充例子:\r 1.数系只有扩展,没有否定过去;而科学中的物理学会否定过去--牛顿力学是速度远远小于光速的相对论近似,而不能说实数是复数的近似,因为复数是完全包含了实数。\r 2.无理数只需要逻辑反正即可确定成立,不会采用计算出无穷小数来验证,而验证是科学最重要的特征;\r 3.科学建立在对客观认识的基础上,数学是建立在假设基础,按照逻辑推演得到结果,二者从方法、目的以及体系都有截然不同的区别。


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