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1 # 靈遁者國學智慧
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2 # LichKings
作為一個多年經驗的科研狗,我可以負責任的說,想成為科學家,不需要數學很好,但是想成為好的科學家,數學好往往能帶來突破性的發現,特別是在經驗學科,對資料的敏感,能讓你找到很多潛在的關聯性問題,從而超越一個時代提前發現科學理論。說的太抽象,我們下面舉個栗子(誰都喜歡舉我,恐高症都被你們治好了),說說數學好的學霸如何光看看就解決了一個重大問題。
我們中學的時候都學到沃森和克里克發現了DNA的雙螺旋結構,並確定了其為遺傳物質,奠定了遺傳資訊的流動方向:DNA→信使RNA→蛋白質
DNA雙雄:誰又在想我們了?>_<
這裡面從DNA到RNA大家都表示比較好理解,就是根據鹼基互補原理,從脫氧核糖核酸轉錄到核糖核酸,但是大家並不知道從RNA到DNA究竟是發生了什麼事導致了這個DNA編碼能夠被精準的定義並翻譯為氨基酸。
在這個時候,當普遍的生物學家還在懵懵比的想著的時候,一位外行大佬來了。俗話說的好,不會用數學推理解決生物問題的天文學家,不是好的物理學家(喵喵喵???)
1954年,物理學家喬治伽莫夫 (George Gamov)根據在DNA中存在四種核苷酸,在蛋白質中存在二十種氨基酸的對應關係,做出如下數學推理:
如果每一個核苷酸為一個氨基酸編碼,只能決定四種氨基酸(4的一次方=4);如果每二個核苷酸為一個氨基酸編碼,可決定16種氨基酸(4的平方=16);上述二種情況編碼的氨基酸數小於20種氨基酸,顯然是不可能的。那麼如果三個核苷酸為一個氨基酸編碼的,可編64種氨基酸(4的3次方=64);若四個核苷酸編碼一個氨基酸,可編碼256種氨基酸(44=256);......以此類推。Gamov認為只有4的3次方=64這種關係是理想的,因為在有四種核苷酸條件下,64是能滿足於20種氨基酸編碼的最小數。而4的4次方=256以上,雖能保證20種氨基酸編碼,但不符合生物體在億萬年進化過程中形成的和遵循的經濟原則,因此認為四個以上核苷酸決定一個氨基酸也是不可能的。隨後生物學界的科學家們有了路徑指引,很快,1961年,Brenner和Grick根據DNA鏈與蛋白質鏈的共線性(colinearity),首先肯定了三個核苷酸的推理。隨後的實驗研究證明上述假想是正確的。
1962年,克里克用T4噬菌體侵染大腸桿菌,發現蛋白質中的氨基酸順序是由相鄰三個核苷酸為一組遺傳密碼來決定的。由於三個核苷酸為一個資訊單位,有4^3=64種組合,足夠20種氨基酸用了。科學家們還用了由3個核苷酸組成的各種多核苷鏈來檢查相應的氨基酸,進一步證實了全部密碼子。
進一步研究發現,不論生物簡單到只一個細胞,還是複雜到與人一樣高等,他的遺傳密碼是一樣的。也就是說,一切生物共用一套遺傳密碼(嚴格來說,個別密碼子有區別)。
故事講完,敲黑板了,看到沒看到沒,生物學家們從實驗上無法下手的時候,因為Gamov對資料的敏感和數學推理的熟練,還沒開始,就已經預判到了結局,完美,這個推論看似簡單,卻是生物學上少有的以理論科學的研究方式預測經驗學科基本理論的實現例子,在當時看來,就像是愛因斯坦預言了引力波的存在(我個人覺得而已,哈哈)。
誠然,努力和汗水能讓我們在科學探索的路上保持不斷的前行,但理論學科的工具(典型的就是數學推理和統計)卻能讓我們像福爾摩斯一般在一些細枝末節的徵兆中找到重大理論發現的突破點。
最後安利以下我的科學男神收藏夾裡的明星之一:
喬治伽莫夫 1904~1968(George Gamow)喬治·伽莫夫(George Gamow):美國核物理學家、宇宙學家。生於俄國,1934年移居美國。
1904 年生於俄國敖德薩市。1928 年獲蘇聯列寧格勒大學物理學博士學位。先後在丹麥哥本哈根大學和英國劍橋大學(師從著名物理學家玻爾和盧瑟福),以及列寧格勒大學、巴黎居里研究所、密執安大學、華盛頓大學、加利福尼亞大學伯克利分校、科羅拉多大學從事研究和教學工作。1968 年卒於美國科羅拉多州的博爾德。 伽莫夫興趣廣泛,曾在核物理研究中取得出色成績,並與勒梅特一起最早提出了天體物理學的“大爆炸”理論,還首先提出了生物學的“遺傳密碼”理論。他也是一位傑出的科普作家,正式出版25部著作,其中18部是科普作品,多部作品風靡全球,《從一到無窮大》更是他最著名的代表作,啟迪了無數年輕人的科學夢想。1956 年榮獲聯合國教科文組織頒發的卡林伽科普獎。
嗯,你們玩創業的只知道《從0到1》,抱歉,我理科宅男心裡只有《從一到無窮大》,強烈推薦科學愛好者看這本書。(非廣告哈)
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3 # 地震博士
是的,自然科學的生命就是要定量化分析計算!所以,數學是科學的基礎!
首先,來看物理學!物理學從一誕生就和數學緊密相連!從靜力學、運動學、動力學、動量定理、能量守恆、振動和波動到電動力學、熱力學與統計物理、量子力學等都需要深厚的數學知識!就拿簡單的力矩來說,如果沒有很好的數學基礎,很難理解清楚!
這裡面就有數學的叉乘,這個必須用到數學的向量代數知識!可想而知,其他近代才發展起來的(電動力學、熱力學統計物理、量子力學)中用到的數學知識就更多了!可以說沒有數學支撐物理學簡直寸步難行,甚至有的物理學家研究物理學的時候,發現沒有數學知識支撐時還要發明一個新的數學門類,比如牛頓為了研究清楚力學等問題,就發明了微積分!
其次,我們可以看化學的發展,從無機化學到有機化學,都需要深厚的數學知識,至於化學實驗,則對定量化有極其苛刻的要求!在現實中的化學工業中、製藥工業中,參加化學反應的各種物質極其微小的變化以及反應條件的極其微小的變化,輕者會引起化學反應的失敗,重者會引起爆炸等極其嚴重的事故!因此,不懂數學很難去研究化學!
再次,生物學的研究,其實一開始就離不開數學!近年來生物學最熱門的方向就是生物學與物理學交叉學科—生物物理學,這個方向需要大量的數學!而正是數學的大量使用才使人類對生物的基本組成等問題有了突破性的進展!
最後,其他天文、地質、地球物理、大氣、環境等等學科!由於其研究物件是形成及演化過程極其複雜,因而必須利用數學分析處理觀測到的資料,找到自然現象形成的原因,並加以解釋!
總之,各門科學都需要數學的知識的支撐!
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4 # WeisseZorn
科學家也分三六九等的。一般的不需要,我覺得初等數學也行,如果想做出點成績,還是需要的。現代數學是很強大的,比如某些數值迭代的證明,有人用初等數學證明了好幾十頁,很悲劇的是利用緊運算元的一個推論就解決了,要是討論無窮維度的空間,初等數學直接歇菜,救命稻草就是非線性泛函分析的不動點理論,如果還想進一步深入,歡迎進入運算元代數的世界。由於運算元代數引入了抽象代數的內容,所以交換代數,同調代數,甚至K理論都需要的,還有,代數的很多結構需要幾何的知識,所以順帶把點集拓撲,微分幾何,代數拓撲都學習了,不覺得得自己已經是數學專業的了麼…索性去做代數幾何了…
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5 # 懷疑探索者
科學家要看什麼專業的科學家。物理學中的理論物理,還有天文學,對數學的要求很高。生物學專業也對數學有很高的要求。理論物理裡面有一個大的區域,叫凝聚態,楊振寧就是研究這個的。而凝聚態又分很多小的專業領域,各領域之間就應該是隔行如隔山了。比如,外爾費米子是凝聚態中的課題,但是,絕大多數的凝聚態科學家都不懂。在這些小的專業領域裡面,有的專業非常依賴數學。可以說,這些領域的科學家每天的工作就是建立數學模型,然後不斷的演算推導,對數學的要求非常高。天文學,按照一般人的理解,就是看看望遠鏡,掏出小本子記錄一下。完全不是這樣。天文學系的學生,平時就是透過數學工具做分析。天文學的工具有限,就是研究電磁波。恆星也好,行星也好,距離我們都非常遙遠,人類無法到達,所以就需要研究它們發出的電磁波。而分析它們,就需要數學這種工具。生物學也需要數學,現代生物演化學的基礎就是高等數學,沒有高等數學,就不懂進化論。很多科學學科對數學的要求都是很高的,想想當年愛因斯坦為了完善相對論,專門拜師學了兩年的黎曼幾何,最後才拿出相對論。做實驗的對數學的要求低一點。不過,科學家也分高低的,大科學家的數學是很好的。這裡,“很好”,不一定是達到職業數學家的程度,但是起碼要達到數學專業普通研究生的程度。我認識一些物理學家,他們的數學也是一級棒,比如施鬱教授,他是物理學家,但是他的數學能力也非常出色。還有普林斯頓的李宓研究員,也是數學超強,達到了職業數學家的程度。總之,做一個科學家,不一定要達到數學家的程度,但起碼數學能力要非常紮實。
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6 # 我已成年奮鬥不止
當然了,數學是基礎科學,基本上所有的科學都會用到它!而像我們本身學物理的,到最後學更高等級的例如相對論和量子力學的話,實際上拼的就是數學工地。再說了,到最後搞科研的話,理論研究就更側重數學和實驗了!
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7 # 李想老師
這要看什麼叫數學很好,是指的在數學領域見識豐富還是對某類問題研究深入?是指數學理論研究深入還是對數學理論的應用得心應手?自然科學、工程技術的科學家肯定對數學的認識和對數學理論本身的研究不如數學家。但是科學家基本都有比較強的能力,在針對自己研究的問題上,能夠熟練的應用合適的數學理論描述、模型化和求解問題。
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8 # 開心手打
當然,舉兩個例子,愛因斯坦推算廣義相對論方程中,感覺數學知識不夠用,專門去學的偏微分方程和黎曼幾何。慕尼黑學派的創始人蘇莫非曾經對他的兩個著名的學生海森堡和泡利說,想要學好物理的方法,第一學好數學,第二深入的學好數學,第三重複以上兩點
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要想成為科學家是不是要數學很好?不絕對,但最基本的數學基礎肯定不能差。因為你得計算很多東西。所以大部分時候,數學還是要好的。 給你舉一個例子,愛因斯坦在建立廣義相對論的時候,數學就是瓶頸。是在別人的幫助下,才建立的。可以去看看物理宇宙科普書籍《變化》,會對你有幫助的。