微积分的力量





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【看不懂微积分,就读不懂现代世界?】
我们现在所能见到的现代社会的种种方便,比如坐高铁、坐飞机、打电话、用全球定位系统(GPS)出行、用网站……它背后有很多算法,都是来自微积分的发明。没有微积分,这些事情都无法实现。
你想想看,没有微积分的数学是什么数学呢?我们只能算匀速直线运动,匀速的我们可以算,变动的算不了了。这一个炮弹打出去,砰——到底打多远?它的速度从出膛到落地是不一样的。所以没有微积分这样的工具,你无法准确地知道位置在哪儿,你只能算平均数,看平均的速度大概是多少,瞬时速度是不知道的。
所以没有微积分,这些东西都无法实现。包括我们现在抗癌、抗艾滋病所用到的医学方法,全都是用数学的方式计算出来的。所以微积分被称作是上帝的语言,如果你不了解微积分,根本读不懂这个世界。
【微积分拯救千万艾滋病人】
在过去,艾滋病是一个不治之症。所以大家觉得艾滋病会把地球上人口都消灭掉,因为艾滋病的潜伏期是十年。在这十年时间里,这个人看起来一点问题都没有,所以他就可以正常地生活和交往。各位你想想看,十年期间他带着病毒到处跟人交往,没有任何问题,但时间一过很快就死,死亡率极高。
所以大家当时很恐慌,觉得艾滋病会让人类灭亡,但是艾滋病并没有这样,原因是什么呢?就是因为有一个华裔的医学家何大一,他和数学家艾伦·佩雷尔森用微积分解决了艾滋病病毒的问题。他们发现在这十年的病毒期间,以前的治疗方法就是没办法,这十年反正是潜伏期,也没什么症状,就别治了,等到发作再说吧。所以一发作,人就死了。
于是何大一和他的搭档,就在人体当中截取了一个微小时间段中的病毒变化数,然后去计算病毒涨落的方程。最后发现这十年时间里,病毒并不是没有发作,而是天天发作,但是你的白细胞和自然杀伤细胞每天都在和病毒作战。你的白细胞的大量工作,使得病毒在你体内的数量达到了均衡,看起来是不动的,但实际上每天有大量的病毒死去,有大量病毒产生,然后你的白细胞和自然杀伤细胞有大量的损耗,所以当你用数学定义了这件事以后,你就可以给他配药,然后就发明了鸡尾酒疗法。
鸡尾酒疗法是什么呢?通俗点讲,就是在这十年时间里,给你的白细胞帮忙,让你的白细胞能够更厉害一点。所以现在艾滋病已经变成了一个慢性病,基本上它不会像过去那样,得了就死了。只要你长期吃药,就能够一直活下去,这是多么了不起的发现!
【微波炉竟能测光速】
你可以用微波炉来测量光速,这个我相信很多人不明白,微波炉怎么测量光速?其实这事可以做实验的,当然,还是安全第一。你把微波炉里边的转盘拿出来,然后放一块奶酪在盘子里,放进微波炉加热。加热三十秒以后,把盘子取出来。这时候你会看到奶酪有的地方已经熔化了,有的地方还没熔化,它先熔化的地方是哪儿呢?先熔化的地方就是热点。这个热点对应着微波炉微波模式的腹点,也就是振动最剧烈的地方,它类似于正弦波的波峰和波谷。
对于一台运行频率为2.45千兆赫的标准微波炉,你会发现两个相邻熔点之间的距离大约是6厘米,这是从波峰到波谷的距离,也就是半波长。那么实际上它的波长就是12厘米。顺便说一下,怎么用它计算光速呢?将微波炉的振动频率乘以你在实验中测得的这个波长,就能够得出光速,或者非常接近光速的结果,就那么好玩。
