【摘要】物理學(xué)是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的自然學(xué)科。 化學(xué)的每一次發(fā)現(xiàn)、每一次革命，都對人類文明和科技進(jìn)步發(fā)揮了不可估量的作用。 本文主要介紹20世紀(jì)以來數(shù)學(xué)的發(fā)展，以及現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在我們生活中的應(yīng)用，最后重點介紹數(shù)學(xué)的前沿知識——超弦理論。
【關(guān)鍵詞】現(xiàn)代數(shù)學(xué)； 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)； 超弦理論
1.物理學(xué)的介紹與發(fā)展
數(shù)學(xué)是一門以觀察和實驗為基礎(chǔ)的自然基礎(chǔ)學(xué)科。 主要研究宇宙中物質(zhì)存在的基本方式、本質(zhì)、運動與轉(zhuǎn)化、內(nèi)部結(jié)構(gòu)等方面經(jīng)典物理與現(xiàn)代物理的差異，以了解這種結(jié)構(gòu)的組成元素及其相互作用、運動與轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律。 數(shù)學(xué)的發(fā)展史表明，數(shù)學(xué)的發(fā)展與數(shù)學(xué)知識的積累有關(guān)。 每一次重大突破都以積累和繼承為前提，同時也包含著對舊觀念和理論的批判和興趣。 積累的量變不會單調(diào)地發(fā)散到無窮大，改革的質(zhì)變不會刺穿認(rèn)知發(fā)展的鏈條。 這兩個過程辯證統(tǒng)一經(jīng)典物理與現(xiàn)代物理的差異，使化學(xué)成為一個波浪式的發(fā)展過程。
2. 現(xiàn)代數(shù)學(xué)
19世紀(jì)末20世紀(jì)初，古典數(shù)學(xué)的各個分支已經(jīng)發(fā)展到建立和成熟的階段，人們對化學(xué)世界的解釋也走到了盡頭。 然而，就在化學(xué)家們歡慶數(shù)學(xué)大樓啟用的同時，科學(xué)實驗卻發(fā)現(xiàn)了許多經(jīng)典數(shù)學(xué)知識難以解釋的現(xiàn)象。 首先是世紀(jì)之交數(shù)學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)：電子、X射線和放射性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)； 其次，古典數(shù)學(xué)的晴空出現(xiàn)了兩朵“烏云”：“以太彈”的“零結(jié)果”和Arial 的“紫外線災(zāi)難”。 這個實驗的結(jié)果與經(jīng)典數(shù)學(xué)的理論嚴(yán)重不符，經(jīng)典數(shù)學(xué)的傳統(tǒng)觀念受到了很大的沖擊。 于是，數(shù)學(xué)再次經(jīng)歷了一場深刻的革命，從而誕生了現(xiàn)代數(shù)學(xué)。
現(xiàn)代數(shù)學(xué)革命的主要成就是愛因斯坦的相對論和普朗克等人構(gòu)建的量子熱學(xué)。 衍生出量子場論、核化學(xué)、粒子化學(xué)、非線性數(shù)學(xué)、天體化學(xué)、現(xiàn)代宇宙學(xué)、量子統(tǒng)計數(shù)學(xué)、量子電動力學(xué)、相對論量子熱等理論的研究領(lǐng)域，已經(jīng)發(fā)展成為人類的一個龐大的研究領(lǐng)域。對物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識達(dá)到了前所未有的高度，幾乎所有當(dāng)今已知的化學(xué)現(xiàn)象都可以用現(xiàn)有的理論很好地解釋。 同時，數(shù)學(xué)也被推廣到其他學(xué)科，形成了一系列數(shù)學(xué)的新科系和邊緣學(xué)科，為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展提供了新思路和新技能。
3.物理學(xué)對現(xiàn)代技術(shù)的影響
數(shù)學(xué)的發(fā)展直接推動了科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)學(xué)的每一次革命都會帶來新技術(shù)的出現(xiàn)。 歷史上，數(shù)學(xué)在世界三大科技革命中都發(fā)揮了關(guān)鍵作用。 第一次技術(shù)革命起源于1760年代，其主要標(biāo)志是蒸汽機(jī)的廣泛應(yīng)用，是牛頓熱學(xué)和熱力學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果。 第二次技術(shù)革命發(fā)生在1870年代，主要以電的廣泛應(yīng)用和無線通信技術(shù)的實現(xiàn)為標(biāo)志，這是麥克斯韋電磁理論完善的輝煌成果。 第三次技術(shù)革命發(fā)生在20世紀(jì)初。 由于X射線、放射性、原子結(jié)構(gòu)、電子波粒二象性的發(fā)現(xiàn)，誕生了相對論和量子熱，為現(xiàn)代數(shù)學(xué)奠定了基礎(chǔ)。 新概念、新現(xiàn)象刷新了世界面貌，推動了原子能、計算機(jī)、航空航天、激光、紅外線、超導(dǎo)、通信、納米等高新科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用。
20世紀(jì)的科學(xué)進(jìn)步集中體現(xiàn)在有關(guān)物質(zhì)、生命和思想基本構(gòu)成的科學(xué)成就上。 原子與量子革命、基因與DNA革命、計算機(jī)與信息革命構(gòu)成了現(xiàn)代科學(xué)的三大支柱。 其中，量子革命是最基本的革命，它推動了另外兩次革命。 1925年，量子理論引發(fā)的科學(xué)熱潮使我們能夠了解周圍的物質(zhì)。 它使我們能夠在實驗室創(chuàng)造物質(zhì)之前精確預(yù)測物質(zhì)的屬性，然后隨意以新的方式創(chuàng)造和操縱物質(zhì)。 1844年，薛定諤在《生命是什么》一書中提出，生命的秘密可以用量子理論來解釋，并大膽推測這個秘密就是寫在細(xì)胞內(nèi)分子上的遺傳密碼。 1953年詹姆斯·沃森和弗朗西斯·克里克發(fā)現(xiàn)了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)并解開了這個謎團(tuán)。 人們可以利用分子生物技術(shù)像讀書一樣讀取生命基因的密碼，破譯后就可以隨心所欲地操控生命。 1948年，巴丁、布拉頓和肖克利發(fā)明了晶體管，使制造現(xiàn)代計算機(jī)成為可能。 1960年，梅曼制成了激光器。 上述量子力學(xué)應(yīng)用成果構(gòu)成了當(dāng)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基本動因，使人類獲取、應(yīng)用和交換信息的形式發(fā)生了質(zhì)的變化。 未來的技術(shù)進(jìn)步深深植根于這三場革命。
4. 現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)
科學(xué)史告訴我們，科學(xué)理論的每一次進(jìn)步和突破都伴隨著人類知識的綜合，推動著科學(xué)一體化的發(fā)展。 20世紀(jì)40年代以來出現(xiàn)的許多新興技術(shù)，如激光技術(shù)、超導(dǎo)技術(shù)、基因重組技術(shù)等，都是現(xiàn)代科學(xué)的直接產(chǎn)物。 越是新技術(shù)，其包含的科學(xué)知識就越多，而高科技就是科學(xué)知識密集的技術(shù)。 超弦理論是20世紀(jì)最偉大的發(fā)現(xiàn)之一。 超弦理論稱為弦理論。 它認(rèn)為不存在粒子，只有弦在空間中運動，各種不同的粒子只是弦不同的振動模式。 根據(jù)弦理論，每個基本粒子所表現(xiàn)出的特性源于其內(nèi)部弦的不同振動模式。 每個基本粒子都由一根弦組成，并且所有弦都是完全相同的。 不同的基本粒子實際上在同一根弦上演奏出不同的“音調(diào)”。 無數(shù)這樣的振動弦所組成的宇宙，就像是一個巨大的變異體。 超弦讓一切發(fā)生。 史蒂芬·霍金提到超弦理論時激動地說：“這是一門屬于21世紀(jì)的科學(xué)，卻在20世紀(jì)初意外發(fā)現(xiàn)，我堅信它能夠?qū)崿F(xiàn)科學(xué)理論偉大的最終目標(biāo)。”統(tǒng)一”。 自然科學(xué)是人類對自然界事物的理性認(rèn)識，它已經(jīng)廣泛滲透到科技的各個領(lǐng)域，成為現(xiàn)代科技發(fā)展的關(guān)鍵，使科技真正成為科學(xué)技術(shù)。生活。
事實上，在相對論和量子熱理論構(gòu)建之后，現(xiàn)代數(shù)學(xué)經(jīng)過80多年的發(fā)展，已經(jīng)達(dá)到了成熟階段。 人類對物質(zhì)世界規(guī)律的認(rèn)識達(dá)到了前所未有的高度，現(xiàn)代數(shù)學(xué)大廈早已建成。 盡管超弦理論將推動21世紀(jì)理論化學(xué)的發(fā)展，但歷史仍會銘記許多老數(shù)學(xué)大師對現(xiàn)代數(shù)學(xué)發(fā)展的重大貢獻(xiàn)。 科學(xué)永無止境，數(shù)學(xué)和現(xiàn)代科技推動著我們的生活，推動著人類文明的車輪滾滾向前！