为什么数学方法不能取代科学实验?
世界上一切科学知识,都是为了发现、表示和预见事物的发展规律。数学的计算和推理是其中重要的手段。例如,我们可以用数学方法准确地预报日食、月食、日出日落、四季变化;用数学方法估计未来某个时间的中国人口;甚至用数学方法和计算机模拟,设计最新的汽车、飞机……
是否可以说数学方法就是科学的一切,可以取代科学实验呢?
答案显然是否定的。
首先,数学方法的使用依赖于实验和观察的结果。数学方法的正确应用是建立在对事物本质的了解上,而对事物本质的了解,更多地依靠观察和实验。例如,为了准确地预报日食、月食、日出日落、四季变化,我们必须知道地球绕太阳运动、月球绕地球转动的时间规律及运动轨道,这就要由天文学...全部
世界上一切科学知识,都是为了发现、表示和预见事物的发展规律。数学的计算和推理是其中重要的手段。例如,我们可以用数学方法准确地预报日食、月食、日出日落、四季变化;用数学方法估计未来某个时间的中国人口;甚至用数学方法和计算机模拟,设计最新的汽车、飞机……
是否可以说数学方法就是科学的一切,可以取代科学实验呢?
答案显然是否定的。
首先,数学方法的使用依赖于实验和观察的结果。数学方法的正确应用是建立在对事物本质的了解上,而对事物本质的了解,更多地依靠观察和实验。例如,为了准确地预报日食、月食、日出日落、四季变化,我们必须知道地球绕太阳运动、月球绕地球转动的时间规律及运动轨道,这就要由天文学方面的观测和实验来确定。
又如,要用数学方法设计新型的飞机,首先得依靠过去大量与飞机设计有关的实验所积累起来的知识,把这些知识数学化(即“建立数学模型”),才有可能在计算机上检验新设计的性能。
其次,数学方法的结论必须通过实践的检验。
建立数学模型的过程,往往是对客观对象理想化的过程,忽略了某些次要因素。因此,数学计算与推理的结果往往与实际情况有误差。这种误差是否在允许的范围之内?某个被忽略的因素是否在某种特定环境下成为主要因素,从而彻底否定了数学计算与推理的结果?这些只能通过实践的方法来检验。
例如,用数学方法设计出一种产品,但此产品是否具有所期望的特性,恐怕只有造出样品加以检验。难以想象,用计算机模拟设计的飞机不经过各种局部和整体的试验,不经过试飞,就能马上投入民航飞行。
再者,在许多领域,数学方法还只是起着辅助作用。
这一方面可能由于对客观世界的许多事物还没有了解得足以建立比较准确的数学模型,为了进一步了解这些事物,就得依靠实践的方法,即观察和实验;另一方面,也可能由于数学本身受到方法和工具的限制,有些数学问题没有得到有效的解决,有些计算量太大的数学问题尽管理论上可解,但难以在目前的计算机上实现等等。
例如,由于天气变化所依赖的因素太多了,还有大量未知的因素,因此到目前为止还没有一个准确预报天气的数学模型(即使能够建立这样的模型,目前的计算机要计算出结果来,恐怕预报要变成“马后炮”了),我们必须用各种手段,如对密如蛛网的地面气象观察网的观察资料的汇总和比较,参考历史资料,使用气象气球、气象卫星进行观察等,监控天气的变化,再辅以数学方法,做出天气预报(尽管如此,大家还是常常埋怨天气预报不准确)。
又如,对于地震预报,数学能够起的作用就更小了。
还有,社会科学的许多问题,其数学模型更是非常粗糙的,数学方法得出的结果准确与否,依赖于难以数学化的社会方面的各种因素。例如,为了控制我国人口,在“一对夫妇只生一个孩子”这一理想化的前提下,用数学方法可以推断未来50年我国人口不超过15亿。
但是,这“只生一个”的前提是否真的成立?如何有效防止“超生”现象,就不是数学可以办到的,需要有配套的政策,且教育和宣传工作必须到位等。
由此可见,尽管数学非常重要,但还不能包办一切。
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