数学到底有多重要?看看手机背后的数学

作者: 宗传明

来源: 中国科学报

发布日期: 2022-07-03 08:52:20

本文探讨了数学在现代科学技术中的重要性,特别是在智能手机、计算机、信息论、控制论和现代密码学中的应用。文章强调了数学在科技革命中的不可替代作用,并指出在未来的科技发展中,数学将继续扮演关键角色。

近年来,在国家重视和媒体宣传下,人们已经形成了共识“数学很重要”。人们已经认识到数学在科学技术的每一个分支和环节都发挥着重要作用。很难想象没有数学支撑的天文学和物理学会是什么样子,更难想象没有数学保障的航空航天技术会怎样。

其实,在国家大力提倡原始创新并寻求突破卡脖子的今天,我们更应当认识到数学在现代科学技术中不只是配角,在某些最关键的科技进程中它起了决定性的作用。

以我们最熟悉的高科技产品智能手机为例,手机是带通讯功能的微型电脑:它的智能是由阿兰•图灵和冯•诺伊曼等数学家设计赋予的,它的通讯功能是由克劳德•香农的信息论、诺伯特•维纳的控制论和现代密码学保障的。而计算机、信息论、控制论和现代密码学的诞生和发展都是由数学奠基主导的。

电子计算机是上世纪最伟大的一项发明。它不仅给科学技术的每一个领域都带来了翻天覆地的变化,更是改善了每个人的日常生活,甚至改变了我们的思维方式并且深刻影响到人类文明未来的发展。自从远古时期以来,人们就不断探索发明高效的计算工具以延伸我们解决问题的能力。

在电子计算机的早期发展过程中,许多科学家和工程师做出了杰出的贡献。1930年,美国科学家范内瓦•布什在麻省理工学院建造了最早的模拟机;1936年,英国数学家阿兰•图灵在数理逻辑的基础上提出了计算机的理论构架,不仅肯定计算机的计算功能,而且赋予它逻辑推理的使命;1945年,美国数学家约翰•冯•诺伊曼根据大脑的记忆功能提出了具有存储程序的电子计算机方案。

自从有人类活动以来,人们就要面对信息可靠传递的问题:手势、声音、文字、电报、电话、互联网等等。1924年,贝尔实验室的科学家哈利•奈奎斯特开始研究影响电报传输速度的因素,首次对信息传输速度给出了定量刻画。1928年,同在贝尔实验室的拉尔夫•哈特利更进一步定量地研究了通信系统传输信息的能力,并试图度量系统的信道容量。

控制论的诞生也是20世纪最伟大的科学成就之一。控制论是数学、计算机技术、无线电通讯、神经生理学、语言等多学科相互交叉的产物。它以各类系统所共同具有的通讯和控制方面的特征为对象,研究它们根据周围环境的某些变化来调整自己运动的规律。

1969年,互联网在美国西部诞生。这些计算机网络以一组通用的协议相连,形成逻辑上统一的计算机体系。使用互联网可以将信息瞬间发送到数千公里之外,它是信息社会的基础。随着信息时代的到来,信息安全成为一个突出问题。

科学技术的发展是无止境的。所以,我们必须认清科技创新的源头,布局人才、埋头实干,以求抢占先机。在过去的一个世纪中,数学已经证明它在科技革命中不可替代的智能作用。在未来的科技革命中,数学也一定不会缺席。

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