數論人生

數論是一門學科,也是我的人生。有人把酒論英雄,我用數字描天下。
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教科書的忽悠

(2021-10-21 09:17:02) 下一個

教科書(textbooks)是用來教人科學知識的,應該是一門學科已有知識的全麵總結,同時又能指出該學科中尚未解決的問題。可是由於篇幅所限,更多的是由於編撰者的知識、水平所限,還有不求甚解的態度,真的很是讓人失望。我經常是花大力氣、高代價,去找一本書,想得到一個問題的解答,結果卻是每次都難如願。互聯網上的東西,根本就沒有細節,不可能解決問題的。於是,就隻能自己去推導,次次如此。

多年以前,我對牛頓的萬有引力定律產生了懷疑:為什麽非得與距離的平方成反比?教科書上說,那是實驗的結果。查互聯網又知道,愛因斯坦加了一項三次方的倒數,為了解釋金星軌道的偏移。可自然力,豈能隨便添加的?我又去買了Stephen Hawking的《On the shoulders of Giants》和《The Dreams that stuff is made of》(一百多加元沒有了!), 發現日本物理學家Sin-Itiro Tomanaga 提出了一種與距離成正比的短程力。根據呢?還好,我用相互作用力的矢量加法原則,導出了一個積分方程,線性的,它的全部解是由上述兩種力的線性組合而成。前後不到兩個小時!真是冤大頭了。物理教科書該改寫了。

後來我又對波動方程起了興趣。機械波的方程由牛頓第二定律導出;電磁波的方程由磁場強度的表達式推出;幾個小時的演算就可以搞定。Schrodinger的波函數方程呢?我買了一本David Bohm的量子理論,那上麵是把一個特解求偏導數,湊出來的;邏輯上完全反了!我又去搜索互聯網,有人說是從Hamilton的能量守恒方程導出的;這還說得過去。可能量守恒是一個整體的概念,在局部是有條件的;還好,我用變化率+流量守恒式,不到三小時,導出了最為一般的運動方程式。

接下來該解方程了。從現實世界推出的方程,其實都是偏微分方程,因為有多個變量、還有變化率。現在所有的教科書,都隻是給出了可數個特解(線性方程除外)。數學上加了一些連續性、光滑性的邊界、初始條件,以便得出唯一解;例外的、發散的解,就被稱作是奇解、奇點,就像黑洞一樣被丟棄。難道我們就不需要全部的解嗎?是沒有表示的方法。還好,我獨創了量的表示式,收斂性先放一邊,再用變量代換來重鑄其收斂性。

在加拿大,中學的數學教科書裏是沒有變量代換的概念的,隻有機械般的加、減、乘、除。到了大學裏,要算積分了,才不得不用換元法,可還是不教你怎麽換元。等到要學微分方程了,知道怎麽換元了,才發現微元的概念還沒有教(其實,永遠不會教!);沒辦法,機械般地背幾個特解就算了事。教你突破教科書的限製,那可不是我的事,也決不是我的本意;否則,我的教書生意怎麽為繼?

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閱讀 ()評論 (3)
評論
深度思考 回複 悄悄話 同意博主說的。國外的教材確實看不懂。微積分的很多核心概念還沒有學,就上微分方程。好像學生也沒有異議。。。
歐洲聯盟 回複 悄悄話 回複 '不開竅' 的評論 : Maxwell 方程組又是怎麽來的呢?
不開竅 回複 悄悄話 由麥克斯韋方程組導出(電磁波)波動方程,也就幾分鍾的事.
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