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经验感知,帮你理解数学原理

(文/Joselle Kehoe)具有数学家和作家双重身份的史蒂芬•斯托加茨最近在收音图书馆(radiolab,美国一个电台节目)里讲到了他早期的一个经历——在高中数学课上玩钟摆。当时老师给他们每个人发了一个钟摆,钟摆的长度可调。他们可以选择钟摆的长度,并记录下摆动十次所需的时间。接着增加摆长,再次记下摆动十次的时间,以此类推。当斯托加茨绘制时间曲线时,他被逐渐显现出来的抛物线深深地震撼了。故事在收音图书馆的青春奇迹栏目里播出过,他们还讨论了元素周期表里令人惊讶的顺序。

收音图书馆根据斯托加茨的经历制作了这个抛物线的视频。视频里出现的双手、秒表的指针、摆动的钟摆和方格纸上画出的点,一起勾勒出了一条抛物线。这个图形将无形而独特的事件背后的原理显现了出来。

也许是这些确切行为的直接经验(钟摆,计时,画点)使得斯托加茨的观察具有了深度。他在代数里已经学过了抛物线的知识,而现在这些无生命的物体似乎又为他制造了一个抛物线。他告诉我们,正是在那时候他明白了“自然法则”的意义。也只有数学才能阐述自然界的隐形结构。

收音图书馆的另一个栏目关注了“镜像”(数学中也有许多应用)。每个分子都有镜像,以我们的手为模型,它们被称为左手性分子和右手性分子。它们并不完全一样,就像我们的双手一样只是彼此的镜像,所以,分子的这种特征也被定义为手性。然而值得注意的是所有有机分子都是左手性的,这是个有趣的谜。爱丽丝梦游仙境中有相关的桥段,爱丽丝看镜子的时候曾问:“镜子里的牛奶好喝吗?”。我估计它并不好喝,因为改变分子的手性会使味道变差甚至产生毒素。

反射图像的对称性表现了光线的视觉原理。正如记录的钟摆次数,它概念性的重新表现了我们无法直接感受的结构。对称性的概念因为经验中的对称性(如一个物体和它的镜像)而存在。

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博主介绍: Joselle Kehoe,心理学学士,数学硕士(这个转变很特别,不容易!),从事数学教学20多年。一系列关于直觉、生物和自我认知上的文章足见她的广博,此外她还是个业余画家,获得过一些local奖项。

The End

发布于2011-05-31, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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