Å se på TV, ringe og til og med slå på lyset er rutinemessige handlinger som bare eksisterer i livene våre på grunn av noen matematiske ligninger. Selv om vi ikke ser dem eller husker deres eksistens, er disse ligningene grunnleggende for en bedre forståelse av universet.

Det ville være umulig å liste opp alle måtene som matematikk påvirker livene våre, men NewScientist publiserte nylig en liste over de viktigste likningene som gjør mye av vår rutine mulig. Mer interessant enn å kjenne dem er også å vite hvordan de ble brukt i praksis, noe som ofte ender opp med å ikke bli undervist på skolen.

Bølgeforlikning

Vi lever i en verden full av bølger. Ørene våre oppdager bølgelignende lyder, mens øynene våre ser lys i samme form. Bølgene er over alt fra radiostasjonen vi innstiller til skjelvene forårsaket av jordskjelv. Likevel tar det litt tid å forstå dem.

Og det som bidro til å forstå bølgenes virke bedre, var kunsten. I 1727 studerte den sveitsiske matematikeren Johann Bernoulli en fiolinstreng og fant ut at den enkleste vibrasjonen i den strengen var en sinuskurve.

20 år senere ble studien revidert av franskmannen Jean Le Rond d'Alembert, som fokuserte beregningene sine på muligheten for å forenkle bølgeforlikninger. Med dette oppnådde han en veldig elegant ligning som demonstrerer hvordan bølgeformen varierer over tid ved å definere dens utbredelse.

En av de viktigste bruksområdene for denne ligningen gjelder studiet av jordskjelv, slik at seismologer kan oppdage hva som skjer med Jorden hundrevis av kilometer under bakken.

Maxwells fire ligninger

Men den store oppnåelsen av bølgeforlikningen var å tjene som grunnlag for studier av magnetisme utført av den britiske fysikeren James Clerk Maxwell. Ligningene som ble opprettet i løpet av denne perioden, definerer de moderne fundamentene for elektromagnetisme, og kombinerer den med elektrisitet, magnetisme og optikk.

I 1830 lette de fleste fysikere etter noen analogi med tyngdekraften for å forklare fenomenene elektrisitet og magnetisme. Michael Faraday, en av verdens mest innflytelsesrike fysikere, postulerte at elektriske og magnetiske fenomener var forårsaket av felt som trengte inn i rommet, endret seg over tid og kunne oppdages av kraften de produserer.

I 1864 omformulerte Maxwell Faradays ideer og skrev fire ligninger av de grunnleggende samhandlingene mellom elektriske og magnetiske felt. To av disse ligningene sier grovt at disse feltene ikke kan "slippe unna", mens de to andre bestemmer at når et område av et elektrisk felt roterer i form av en liten sirkel, skaper det et magnetfelt. Når disse rotasjonene skjer i en liten del av magnetfeltet, skaper de et elektrisk felt.

Portrett av James Clerk Maxwell. Bildekilde: Reproduksjon / Wikimedia

Imidlertid kom Maxwells store balkong litt senere, da forskeren bestemte seg for å utlede ligningene sine og derved avledet at lys kunne være en elektromagnetisk bølge. Dette var en overraskende oppdagelse, da ingen forestilte seg et forhold mellom lys, elektrisitet og magnetisme.

I følge forskeren ville fargen på lyset variere med bølgelengden, og Maxwell kom til den konklusjon at det var bølger lange nok til å være usynlige for mennesker. Disse bølgene ville transformere verden og bli kjent som radiobølger.

I 1887 ble radiobølger demonstrert i praksis i en presentasjon av Heinrich Hertz. Denne banen har gitt opphav til et mangfold av teknologier, som radio, TV, radar, mobil osv.

Schrödingers likninger

Senere lærde forskere at lys, selv om de oppførte seg som en bølge, også oppførte seg som partikler. Fra dette kom det revolusjonerende konseptet at materie er laget av kvantebølger og at en tett sammensveiset gruppe av disse bølgene oppfører seg som en partikkel.

I 1927 utviklet fysiker Erwin Schrödinger ligninger for disse kvantebølgene, og fra dem dukket det opp en merkelig ny verden: en verden der for eksempel elektroner ikke var veldefinerte partikler, men en sky av sannsynligheter. Det gikk ikke lang tid før disse kvanteortifikasjonene førte forskere til å bekymre seg for teoriene om multiverse og Schrödingers berømte katt.

Moderne gadgettransistorer bruker konsepter av halvlederkvantemekanikk. Bildekilde: Avspilling / tastatur

For oss som ikke studerer fysikk, materialiserte disse funnene seg i form av moderne dingser som datamaskiner, mobiltelefoner og videospill. Alle disse enhetene har transistorbaserte minnebrikker som opererer gjennom kvante halvledermekanikk.

Og anvendelsene av denne kunnskapen stopper ikke der, siden vi har stadige eksempler på nyvinninger gjort med hjelp av Schrödingers likninger. Det er for eksempel anvendelser av kvantepunkter - veldig små halvledere som kan avgi lys i forskjellige farger - som brukes i biologiske avbildningsprosesser, for eksempel å eliminere bruken av giftige fargestoffer. Og hvis det ikke var nok, lover fremtiden oss underverkene med kvantemaskinen.

Fourier Transform

Til slutt ble den syvende ligningen av artikkelen laget av den franske matematikeren og fysikeren Jean-Baptiste Joseph Fourier, som brukte bølgekonsepter for å bedre forklare hvordan varmestrømmen skjedde i en oppvarmet metallstang, dvs. hvordan temperaturen varierte. over tid. Etter noen år og mange kritiske diskusjoner om disse studiene, har verden fått den definitive versjonen av Fourier-ideene, dens Transform.

Denne ligningen har forandret menneskers liv på mange måter. Til å begynne med er det mulig å analysere for eksempel signalet produsert av et jordskjelv og beregne frekvensene som energien som frigjøres av jordskjelvet er størst.

Ovennevnte JPG-bilde av Fouriers byste ble komprimert ved hjelp av en ligning han opprettet. Bildekilde: Reproduksjon / Wikipedia

I tillegg kan Fourier Transform brukes til å fjerne støy fra lydopptak, finne DNA-struktur i røntgenbilder, forbedre radiobølgemottak og til og med forhindre at en bil vibrerer mer enn forventet. Ikke bare det, ligningen er også til stede i et av komprimeringstrinnene som er brukt i JPG-bildeformat.

Er det ikke utrolig at matematiske ligninger kan være med på å forme vår verden? Noen sier at de er langt mer innflytelsesrike enn konger, dronninger og globale ledere, noe som gjør mye mer innvirkning på verden enn herskere. Analysere dataene ovenfor er det virkelig vanskelig å ikke tro på det.

* Opprinnelig postet den 03/03/2013 .

***

Kjenner du til Mega Curioso-nyhetsbrevet? Ukentlig produserer vi eksklusivt innhold for elskere av de største nysgjerrighetene og bisarrene i denne store verden! Registrer din e-post og ikke gå glipp av denne måten for å holde kontakten!