探索的自由:数学,超越客观存在的物理世界

文摘   教育   2024-10-25 12:30   江苏  
这个世界似乎无一事能摆脱客观物理法则的枷锁。然而,正是这些看似冷酷无情的限制,铸就了我们不断求索、勇于创新的灵魂。在妥协与平衡的微妙舞蹈中,我们学会了如何在有限的条件下寻找无限的可能,也因此拥有了选择与创造的契机。
这些客观存在的枷锁,不仅是对我们的限制,更是赋予我们选择的智慧。它们迫使我们聚焦一点,集中力量,从而在某一领域深耕细作,将产品推向极致,赢得成功的桂冠。正是这样的挑战与机遇并存,才孕育出华为、大疆、比亚迪等世界级企业,它们以卓越的产品和创新的精神,赢得了成功的桂冠。

随着科学技术的不断飞跃,手机的设计日趋轻薄,然而,一个无法回避的现实是,我们尚未发现那种既轻薄又坚不可摧的材料,能完美保护手机免受外界伤害。因此,我们不得不借助保护壳,为这脆弱的科技结晶穿上一层防护的铠甲。

自人类驯服了电能,它便如一股强大的力量,推动着社会的进步与发展。电能的易控性与精确性,使其在众多领域中大放异彩。正是在这样的基础上,我们得以通过程序控制汽车,使其奔驰在智能化的道路上,为无人驾驶的未来铺平了道路。

然而,续航却成了一道绕不过去的坎。所以,又有了妥协,不得不采取一种丑陋的解决方案,需要背一个油箱给电池充电。电池充放电的过程涉及到电能和化学能的互相转化,无论是电能转化为化学能还是化学能转化为电能,这中间都伴随着热量的产生,并且化学反应需要时间,使得五分钟快充成为一道难以攻克的难题。若此难题能迎刃而解,续航之困或将烟消云散。
面对这样的困境,有人或许会问:既然电池储能需经化学反应之繁琐,那是否存在一种无需化学反应即可存储电能的介质呢?答案当然是肯定的,存在!或许大家会更加疑惑了,既然存在,那么,问题不就解决了么?事实上,并没有这么简单,因为,我说的这个东西是电容。由于电容储能是不发生化学反应的,是个纯物理过程,不需要把电能转化为化学能存储,直接通过静电场的方式存储电能,也不会产生热量,所以,可以实现极速充电。然而,电容有一个无法解决的问题,那就是,能量密度太低了。
所以,没有一项技术是完美的方案,都是顾了这头,丢了那头。是以,仓央嘉措追问,也是芸芸众生的追问:世间安得两全法,不负如来不负卿?
架构师的存在,正是因为这个世界上没有完美的解决方案。当程序的性能走到了岔路口,面临着选择的时候,需要架构师做出妥协,带着痛苦,舍弃点东西继续前行。就像CAP的三选二的理论一样,这个世界不存在完美的解决方案,无论什么方案都有好的一面和不好的一面;就像要么用空间换时间,要么用时间换空间一样,你很难找到同时满足空间和时间要求的“双利解”。
我们通过一个大家都能看懂的案例来说明。我们有一个订单系统,订单的数据量非常庞大,并且并发量也很大,单个数据库并不能满足需求。这时候,我们就需要采取分库的方式实现,接下来就需要考虑分库键的选择维度。因为,查看订单详情的频率会非常高,所以,我们可以选择以订单id作为分库键,如此,当我们通过订单id查询时,可以根据订单id路由到对应的一个数据库,本质上就是退化到一个数据库的查询。基于同样的理由,我们可以选择用户id作为分库。因为,作为用户,我们肯定会关心自己买了哪些东西,那么,必然会频繁查询订单。因为,我们有了用户id作为分库,我们就可以根据用户id路由到对应的数据库,本质上还是退化到一个数据库查询。因为选择了两个维度建分库,所以,同样的订单数据我们需要冗余存储两份。这就是用空间换时间的一种思路。显然,订单中还有很多维度,我们不能根据每个查询去建立一个维度的分库,那样冗余存储的数据太多。但是,实际情况又存在根据不同维度进行查询,为了提升效率,这个时候就需要采用其他的方式,比如,把数据同步到es中,通过es实现搜索的功能。本质上,这还是采用空间换时间的思路。
很不幸,如果你是一个完美主义者,你一定无法成为架构师,在这个过程中你会无比痛苦地发现,无论你如何挣扎,你始终无法脱逃妥协的枷锁的桎梏。
然而,数学没有这种痛苦。数学使用的语言,是一种精确的、全世界共通的符号语言,不管放在宇宙任何地方或任何时间都会成立。比如,在十进制的条件下,无论如何1+1都会等于2,不会有例外。又比如,拓扑学的研究。
格奥尔格·康托尔于19世纪末为集合论做出了开创性的贡献,首次清晰地为人类描述了“无穷”的本质。这位大师也表达过类似的观点:“数学的本质在于它的自由。”他的意思是,和其他自然学科不同,数学所研究的各种概念与实物之间不一定存在紧密的联系。因此,数学家在做科研时不会像其他领域的科学家一样受到那么多限制。数学探索者可以充分发挥其想象力,在数学领域随心所欲地建造自己想要的城堡。
这个世界似乎唯有数学可以超越客观物理世界的束缚。一旦我们走向抽象的世界,便可以在数学的世界中信马由缰。





关于我



每当我看到大家谈“数学”色变,每当我看到世人面对数学时眼中流露出恐惧之色时,我都想告诉他们,他们对数学的感觉是错误的,每当我看到数学被世人误解,总有种痛心的感觉,我想告诉他们数学真实的面貌。所以,我毅然决然地来实现这个梦想,把数学真实的面貌展现给大家,最终,让大家爱上数学。

我主要围绕K12数学从五个维度抽丝剥茧把真正的数学展现给大家。



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