數學與工業革命
原標題：數學與工業革命
數學，無時無刻不散發着它獨特的魅力。上到宇宙飛船遨遊外太空，下至小商小販行走菜市間，這門與每個人生活都息息相關的學科一直在默默地推動歷史前進的腳步。每一次科技革新，每一次學術突破，數學已經延伸到各個領域並且起到了不可替代的作用。
在近代史上，有三個時間轉折點對人類文明的進步至關重要，每一個轉折點都是科技技術突飛猛進的更替，我們把這種轉折點稱爲——工業革命。
工業革命給生產方式帶來了徹底的改變，可以說每一次工業革命對於人類文明的推力都是巨大的，今天我們就來盤點一下：三次工業革命中，數學究竟起到了多麼重要的作用。
第一次工業革命起源於18世紀60年代的英國，這次工業革命也開創了以機器代替手工勞動的時代，極大的提高了生產力，進一步瓦解了封建統治的壓迫。而推動第一次工業革命開始的主要標誌就是蒸汽機的改良和紡織機的發明。而我們知道，將微積分學深入發展是18世紀數學的主流，這種發展是與廣泛的應用密切交織在一起的。十八世紀中，包括牛頓和萊布尼茲在內的許多大數學家都在爲這門學科的完善付出了時間與精力。而正是微積分的應用解決了對於運動和能量轉換的數據運算，才幫助瓦特進行蒸汽機的改進以及紡織機的發明。在人類文明近代史上，數學的重要性被科學家們所認知，在數學方面上的投入和研究也開始不斷加大。
第二次工業革命始於19世紀60年代後期，在這段時間，由於科技水平的提高，湧現了一系列的重大發明。1866年，德國人西門子第一次製造了發電機，到了70年代，實際可用的發電機正式面世。電器開始用於替代機器，成爲補充和取代以蒸汽機爲動力的新能源。隨後，電燈、電車、電影放映機相繼問世，人類進入了“電氣時代”。與此同時，科學技術的進步也帶動了電訊事業的發展。19世紀70年代，美國人貝爾發明了電話，90年代意大利人馬可尼試驗無線電報取得了成功，都加快了信息傳遞交流的速度。世界各國的經濟、政治和文化聯繫進一步加強。這兩樣最爲重要的發明都是電磁理論的實際應用，而電磁理論是當時數學分析、偏微分方程等數學學科取得巨大發展的直接產物。如法國數學家泊松，安培等人運用微積分奠定了電磁作用的數學基礎。數學王子高斯不僅對電磁理論卓有貢獻，而且他本人就是電報裝置的發明者；至於現代無線電通信技術，則是麥克斯韋從數學上預報了電磁波的存在。這些偉大的數學家們對推動第二次工業革命和爲發明家們提供理論基礎立下了汗馬功勞。
我們把目光投向現代，第三次工業革命由於其特點又被稱爲第三次科技革命。因爲這次的變革不只是對工業生產上取得了巨大的效益，在平民的生活中，也產生了翻天覆地的改變。
從20世紀40年代開始的第三次產業革命，主要是電子計算機的發明使用、原子能的利用以及空間技術、生產自動化等。愛因斯坦利用數學理論推導出的著名公式E＝mc2爲原子能的釋放提供了科學依據。而也是在愛因斯坦和他的質能方程的幫助下，開發出了毀天滅地的暴力武器——原子彈，也間接起到了終止第二次世界大戰的作用。戰爭過後，原子能的應用也被引導向民用，核電站的開發極大的緩解了我們能源不足的生活問題。
而計算機誕生所帶來的影響我想不用大肆渲染讀者們也都有着深刻的體會。時至今日，計算機和互聯網已經成爲了我們身邊不可替代的一部分。一串串由簡單的1和0所組成的數據流推動着社會的發展，刺激着科技的進步，也爲每一個普通人提供着便利。在計算機發展史上每一個重要節點，都有着無數數學家們的足跡。例如圖靈從數學上證明了製造通用數字計算機的可能性，數學家馮諾依曼提出的設計思想是設計製造現代計算機的基礎等等…
對於第三次科技革命，可以說沒有數學家們的參與和數學理論的應用是不可能完成的。數學也如同開篇所說變得越來越和我們息息相關。可以預見，在不遠的將來，隨着數學研究的愈發深入，我們還會迎來第四次，第五次工業革命。數學，成爲了人類文明的參與者，數學，成爲了人類文明的見證者。
作者：黃雷，中科院數學與系統科學研究院
來源：中科院數學與系統科學研究院