科学史上五个非常重要的方程式

选出最具影响力的科学方程式并非易事,但本文提到的这五个方程式肯定会名列前茅。
一个方程式中会包含什么元素?字母、数字以及奇怪的符号,这些都是必要的元素。然而,最为关键的是,每个方程都会有人类洞察世界的某种独特视角。
无论是质量与能量的关系、物体之间的引力、三角形边与边之间的联系,每个方程都蕴含了关于宇宙的某种重要性质。
方程式中最为重要的部分就是其等号。这两条短短的水平线告诉我们,当改变等号一边时候,就会看到另一边看似独立的事物也会发生相应的变化。
借助方程,我们得以揭示表面上不同数量或性质之间的联系。一旦建立了这种联系,这种新发现的关系便可作为未来探索世界的基石。

想要把最重要的方程式挑选出来几乎是不可能完成的任务。任何给定关系的重要性将根据上下文有很大差异。例如,当你从飞机上掉下来时,引力定律对你来说会比薛定谔方程更加重要。同样地,一个方程对于不同的科学家来说,其重要性也因他们所处的研究领域而不同。
然而,我们确实可以挑选出一些对人类看待世界产生过巨大影响的方程式。虽然这只罗列了五个方程,但它们都涵盖了一些全新的事物——无论是事物之间的新关系,还是看待世界的新方式。这些方程自诞生以来,就一直为后来的科学家提供了无尽的启示和指引,带领着人类走向更为广阔的世界。
E=MC²
首先,我们将介绍阿尔伯特·爱因斯坦在 1905 年提出的这个关于质量和能量的最著名方程:

这一方程看起来优雅,它表示静止物体的能量等于其质量乘以光速的平方。通过这一方程,爱因斯坦揭示了质量和能量可以被认为是彼此等价的,将此前被认为是两个独立领域的事物统一起来。
从爱因斯坦的方程中,我们可以看到改变物体的质量也会改变它所含的能量,反之亦然。在核爆炸过程中,这一点表现得尤为明显,放射性元素的微小质量变化对应着巨大的能量释放。
这个方程经常被误解为质量可以转化为能量,反之亦然。实际上,爱因斯坦并非这个意思。相反,他仅表明质量的改变必然导致能量的改变——并且改变幅度非常大。
勾股定理

这个定理表明,对于任意一个直角三角形,两个较短边的平方和等于最长边的平方。这一洞见将几何学和代数学联系在了一起,它是一个很好的早期案例,展示了如何利用形状之间的关系来推导关于数字的基本观察。这种发现的思路至今仍在拓扑学领域延续。而在现实生活中,每当我们使用 GPS 三角测量定位时,都离不开这个定理。
热力学第二定律(Second Law of Thermodynamics)

图自 /www.grc.nasa.gov/www/BGH/thermo2.html
热力学定律诞生于对能量流动方式的研究。第一定律揭示了能量守恒的重要法则。但是,更为深远的是描述系统热量传递方式的热力学第二定律。
这一定律有多种表述形式,但最基本直观的观察是:热量(能量)只能自然地沿着由热到冷的一个方向传播。
尽管我们每天都能目睹这一现象,然而其背后的含义却颇具深度。这种不可逆性构成了时间和熵等深奥概念的基础。最终,这将导致宇宙逐渐走向热寂的大结局——质量和能量在宇宙中如此稀薄、均匀分布,再也无法有任何事物发生改变。
微积分(Calculus)

微积分涵盖众多不同的方程,但它源于一个突破性的启示。17 世纪,艾萨克·牛顿和戈特弗里德·莱布尼茨各自独立地发现了一种令无穷级数收敛于确定极限的方法。这部分源于试图求解曲线在给定点的斜率问题。在此之前,数学家们虽说已经部分解答了这个问题,但从未像莱布尼茨和牛顿那样优雅、完整地给出解决方法。
他们的研究成果导致了导数和积分的诞生,这两者是微积分的基石。导数给出了函数瞬时变化的速率,而积分给出了曲线下的面积。如今,微积分已成为工程学、物理学、经济学以及许多其他科学学科的重要组成部分。
关于微积分真正创始人的争议一直持续不断,如今,人们认为两人独立发明了微积分。然而,我们要更多地感谢莱布尼茨,他发明了今天在使用的微积分符号,更方便和理解,并且如果依照牛顿的意愿,微积分现在可能要称之为“流数法”(Method of Fluxions)。
牛顿万有引力定律

尽管牛顿与莱布尼茨共享创立微积分的荣誉,但万有引力定律这一伟大公式是他自己独立发明。这个方程基于伽利略、约翰内斯·开普勒等科学家的研究成果,揭示了宇宙中每个物质微粒都对其他物质微粒产生吸引力。这种力会随着质量的增加而增加,会随着距离的增加呈指数级衰减。
牛顿的研究将伽利略对地球物体运动的观察与开普勒对天体运动的研究统一起来,其成果便是一个方程,表明不论是行星还是炮弹的运动都遵循相同的规律。在当时,这是震撼的结论,但如今,这些规律已成为高中课本中的一部分。
如今,牛顿的定律已被爱因斯坦的相对论所取代,后者解释了那些非常接近或非常重的事物之间的关系等问题。但是,牛顿的观察仍然适用于我们周围看到的大部分相互作用。这是科学之美和力量的体现,人类通过数学和思考来理解世界。对于一个 17 世纪的人来说,这已经非常了不起了。
这五个方程式代表了科学家们在千百年的时间里对自然界的研究成果。虽然这只是再简单不过清单,但这些方程式确实展示了科学的美丽和力量,以及人类是如何通过数学和思考来理解世界。
大家都在看
-
现场直击!武汉科技大学2026年研究生新生开学典礼! 9月11日上午武科大隆重举行2026年研究生新生开学典礼典礼在黄家湖校区沁湖礼堂设主会场青山校区碧园会堂和各培养单位设分会场通过视频直播方式同时进行党委书记倪红卫,党委副书记、校长吕勇等全体在校校领导,各有 ... 科技之最09-12
-
中美科技实力到底怎样计算? 一、一个国家能得多少“科技分”,取决于谁在出题比较中美科技,最常见的方法是各选一张有利榜单:研发投入、论文、专利、模型、企业市值,谁在哪张榜上领先,就宣布谁已经全面领先。但这些数据并不处在同一环节。有 ... 科技之最09-12
-
他们让晶体管开关越过60毫伏物理红线,芯片功耗迎来新解法 对于“60”这个数字来说,曾经是悬挂在整个芯片产业头顶的达摩克利斯之剑。在芯片上晶体管集成度已经突破千亿级别的今天,每当降低一伏特电压、每当减少一毫瓦功耗,人类都要与一个名叫“玻尔兹曼极限”的物理铁律进 ... 科技之最09-12
-
浦江创新论坛发布首届“浦江科学之问”,“十问”为基础研究布局提供方向指引 作为前沿创新思想的“风向标”与“策源地”,9月11日下午,位于浦东的张江科学会堂内,2026浦江创新论坛(第十九届)正式发布首届“浦江科学之问”。一场聚焦全球最前沿科技的思想碰撞正在浦东火热开启,今年的浦江 ... 科技之最09-12
-
上海发布“面向未来的十大科学问题”!赵东元:期待下一个牛顿、爱因斯坦诞生 “在算力和资本都不再稀缺的时代,提问的能力成了真正的瓶颈。”9月11日,“浦江科学之问”在2026浦江创新论坛上首次发布。10个面向未来10至30年、直指人类知识边界的基础科学问题亮相。“提出一个好的科学问题,往 ... 科技之最09-12
-
浦江科学之问:探寻基础研究的源头活水 9月11日至14日,第十九届浦江创新论坛以“新一轮科技革命背景下的全球科技共同体使命”为主题,再次将全球科技界的目光吸聚到上海。从历届对基础研究的叩问,到本届首次设立“浦江科学之问”,24场专题论坛中AI for ... 科技之最09-12
-
2026浦江创新论坛首发十大科学之问 “人工智能的数理基础”等入选 中新网上海9月11日电 (记者 孙自法 郑莹莹)2026浦江创新论坛成果发布会9月11日下午在上海举行,首届“浦江科学之问”正式发布,“人工智能的数理基础”等十大问题入选。首届“浦江科学之问”发布。中新网记者 孙自法 ... 科技之最09-12
-
浦江创新论坛又一年,透视上海科创的“点线面” 浦江之畔,又到了一年一度与全球共话创新的时候。2026年9月11日至14日,第十九届浦江创新论坛将在上海举行,主题为“共享创新,共塑未来:新一轮科技革命背景下的全球科技共同体使命”。全球智慧围绕基础研究、未来 ... 科技之最09-11
-
强国矩阵系列之科技强国 引领无人区 突破国家领导力 极化产业创新力 前言:科技强国不是通关升级补齐卡脖子清单谈及科技强国,最受关注的往往是卡脖子攻坚——比肩美国,搞出国防大杀器,去除卡脖子清单是多人国人关注的燃点。但一个问题还在困扰我们:就算有一天,所有卡脖子清单全部 ... 科技之最09-11
-
向科学进军70年 这是一个“群星闪耀”的夜晚,这个夜晚属于中国科学家。9月6日晚,101位两院院士的影像,在中国科学技术大学综合体育中心的大屏幕上浮现。歌曲《夜空中最亮的星》的旋律在现场响起,全场随之沸腾。屏幕上的院士们 ... 科技之最09-11
相关文章
- 外媒罕见报道:中国科技最擅长从 2 到 100,但 从0 到 1仍存在明显短板
- 大唐盛世100史·第44期】工艺科技鼎盛,天文历法,手工业冠绝当世
- 穿了跟没穿一样的内裤,真的太爽啦!
- 深圳,后海不是海
- 服贸会怀柔展区科技感拉满,票根还能享优惠
- 终于不挤牙膏!iPhone18 Pro全面大升级,续航直接创下历史之最
- 最被平民低估的圣人墨子:两千年前的之光,温柔又硬核
- 深圳坪山街道“家门口的科学课”,孩子们玩嗨了
- 264十度解码:中国500强中天科技集团十度模型健康度全景评价报告
- 不止祭天:天坛藏着古人最顶级的时空与科学密码
- HVLP4高速铜箔,国内最正宗的5家龙头,谁才是真正的高端之王?
- 不用电、不发射信号,却窃听美国7年:苏联“金唇”到底有多逆天
- “黑科技”组团上线!华阳煤矿安全防护进入“智防时代”
- 宣讲课堂(51)丨科技故事不再是百姓宣讲的“点缀”
- 从投京东美团到押注长鑫燧原,腾讯硬科技投资迎来收获季
- 孙子到底跟谁最亲?别瞎争!科学遗传早说透了
- 看图学习·向新之翼丨“科学的未来在青年” 总书记对广大青年的深情寄语
- 神奇的北斗科技就在身边
- 科学岛限时两天,合肥年度最期待的科普盛宴来了
- 冷战苏联的六大顶级武器!力压西方的钢铁巨兽
热门阅读
-
万事胜意不能乱说的原因?告诉你万事胜意该对谁说 12-09
-
科威特第纳尔为什么那么值钱?比美元值钱的货币盘点 12-22
-
撕心裂肺十大催泪情歌,10首哭到崩溃的歌曲 12-24
-
不敢公布马航真实原因,内幕曝光简直太惊人! 12-25
-
陈百强什么原因怎么走的,陈百强85事件是什么 01-05
-
麻将公式一定要背下来,麻将手气背转运小妙招 01-19
-
科学家发现上帝的存在,神仙真实存在的十个证据 04-29
