楠木軒

數學的未來你看到了什麼?數學涉及的方方面面你瞭解哪些?

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對於數學的未來你看到了什麼?在數學上,我們中的任何人還能再做點別的什麼?數學是一門既古老又年輕的學科,説起古老是因為其發展歷史久遠,而説起年輕,是因為數學現在在我們的科技發展中可以説是設計方方面面。那麼,我們熟知的數學,在其他學科裏又是怎樣的?又有哪些妙用?以下就科技發展中三個關鍵領域的例子,進行簡單説明。在這些領域和學科當中,數學都是非常重要的存在。這三個領域就是:材料科學,生命科學和數字科技。

1.

材料科學中的數學

材料科學所關心的是性質和使用。目的是合成及製造新材料,瞭解並預言材料的性質以及在一定時間段內控制和改進這些性質。不久以前,材料科學還主要是在冶金,製陶和塑料業中的經驗性研討,今天卻是個大大增長的知識主體,它基於物理科學,工程及數學。所有材料的性質最終取決於它們的原子及其組合成的分子結構。

聚合體建模,在一些領域中,數學模型已經表現得相當可靠,這些模型非常複雜,故而迄今只取得很少幾個結果。複合材料的研究是另一個運用數學研究的領域,如果我們在一種材料顆粒中攙入另一種材料,得到一種複合材料而其顯示的性質可能根本不同於組成它的那些材料,例如汽車公司將鋁與硅碳粒子相混合以得到重量輕的鋼的替代物。

2.

生命科學中的數學

在生物學和醫藥科學中也出現了數學模型。例如:基因方案的一些重要方面需要統計,模型識別以及大範圍優化法雖不太熱卻是長期挑戰的是生物學其他領域中的進展,比如在生理學方面,拿腎臟作個例子吧,腎的功能是以保持危險物質(如鹽)濃度的理想水平來規範血液的組成。如果一個人攝入了過多的鹽,腎就必須排出鹽濃度高於血液中所含濃度的尿液。在腎的四周上有上百萬個小管,稱作腎單位,負有從血液中吸收鹽份轉入腎中的職責,他們是通過與血管接觸的一種傳輸過程來完成的,在這個過程中滲透壓力過濾起了作用。

腎臟的運作過程的一個初級數學模型,雖然簡單,卻已經幫助説明了尿的形成以及腎臟做出的抉擇。一個更加完全的模型可能會包含流體力學、彈性力學、濾波論及控制論,或許還有一些我們尚不具備的工具。

3.

數字科技中的數學

在商業、製造業及工程業等,與計算和通訊技術的進步相配的是數字信息的萌芽狀態,它已為多媒體鋪出了一條路,其產品包括了文字圖像、電影、錄像、音樂、照相、繪畫、卡通、數據、遊戲及多媒體軟件,所有這些都由一個單獨網絡地址發送。

計算機輔助設計正在成為許多工業部門的強大工具:完全在計算機上設計,在鍵盤上一敲後產品便在遠處的工廠裏實現了。這種技術能成為數學家進行研究的工具嗎?互聯網已經成為多媒體最強勁的動力。它未來的輝煌取決於許多新的數學思想和算法的發展。

隨着互聯網技術的擴展,對於保護私人數據的通訊文本的需要也與日俱增。發展一個更加安全的密碼系統就是數學家們的任務了。為此,他們必定要藉助於在數論、離散數學、代數幾何及動力系統方面的新進展,當然還有其他一些領域。

豈止是上述的這三個領域,其實在我們的生活的方方面面,數學早已經是無所不在,也是我們必須研究好的一個最主要的學科。