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人类在自然界和社会实践活动中所遇到的物体运动形式可分为两大类:确定运动和随机运动。
牛顿和爱因斯坦已经建立了描述物体确定运动现象及规律的《牛顿力学》和《狭义相对论》,使人类对确定运动规律的认识产生了巨大的飞跃,从而奠定了经典物理学的基础。
《牛顿力学》和《狭义相对论》不仅从根本上改变了人类的宇宙观,而且对科学发展的进程以及人类生产、生活和思维方式产生了极其深刻的影响,并成为人类探索自然现象及运动规律的两座科学高峰和其它各门自然科学的典范。
布朗运动是一种常见的随机运动,广泛存在于自然科学、工程技术和社会科学等领域中,例如悬浮在液体中的花粉微粒无规则运动、惯性陀螺仪中的随机游走误差、加工表面微观轮廓曲线和股票市场中的价格随机波动等。
对布朗粒子的随机运动进行实验观察,往往会得到一些位移随时间变化的时间函数曲线,数学家称之为随机过程,工程师称之为随机信号,并用函数符号x(t)来代表(尽管不能给出具体的方程式)。
但是对于同一种布朗运动现象及规律的描述,在现有教科书中,却存在两种像托勒密“地心说”和哥白尼“日心说”一样对立冲突的随机运动理论。
一种是数学家基于“布朗运动位移服从正态分布”的错误假设(与客观事实不符)建立的《随机过程》布朗运动理论——“地心说”,在自然科学和社会科学领域占据主导地位。“地心说”与自然科学、工程技术和社会科学领域大量的观察实验结果完全不符,无法描述实际的布朗运动现象及规律,在金融市场的广泛应用导致B-S期权定价公式成为造成1987、1997和2007年三次重大金融危机的罪魁祸首。
一种是工程师基于“布朗运动瞬时速度为白噪声”的实验规律建立的《随机信号分析》布朗运动理论——“日心说”,在工程技术领域占据主导地位。“日心说”可正确描述实际的布朗运动现象及规律,在航空、航天、航海和军事等领域获得了广泛应用,成功地解决飞机、舰船、火箭、卫星、宇宙飞船和导弹等航行体的精确导航和精确制导问题。
在科学发展过程中,对于同一自然现象及规律,往往由于科学家的世界观、研究方法和实验手段的不同,会形成截然不同的科学理论。例如托勒密的“地心说”和哥白尼的“日心说”,数学家的《随机过程》布朗运动理论和工程师的《随机信号分析》布朗运动理论。
随着人类认识水平和实验手段的不断提升,最终会对两种对立冲突科学理论的客观真理性和逻辑完备性做出公正的检验和评价,导致一种科学理论对其它理论的替代。
数学理论也是描述现实世界数量关系和空间形式的知识体系,数学理论的最本质特征是其客观真理性。被誉为“数学皇帝”的丘成桐教授曾在多个公开场合自豪地宣称:“没有一个学科能像数学一样,对世界的描述经得起时间考验”。
图1 丘成桐教授
因此,随机运动理论中数学家的“地心说”最终会被工程师的“日心说”所取代,从而引发一场影响深远的科学革命,使科学知识体系和人类思维方式发生重大变革,把人类对客观世界的认识提高到一个崭新的高度。
国务院2018年2月印发的《关于全面加强基础科学研究的若干意见》明确指出:与建设世界科技强国的要求相比,我国基础科学研究短板依然突出,数学等基础学科仍是最薄弱的环节,重大原创性成果缺乏。
即将发生的随机运动理论“日心说”代替“地心说”的科学革命,为中国的基础科学进入世界一流水平前列提供了千载难逢的历史性发展机遇。
中国的数学家和高校谁最先用公理化方法重建随机运动理论,并率先在《随机过程》教科书中用“日心说”代替“地心说”,谁就能带领中国的随机过程学科步入世界一流水平前列,并像牛顿和爱因斯坦一样,站上人类探索随机运动现象及规律的科学高峰,确保实现国务院《关于全面加强基础科学研究的若干意见》提出的发展目标:到2035年,产出一批对世界科技发展和人类文明进步有重要影响的原创性科学成果,否则,中国的基础科学就会错失百年不遇的重大历史性发展机遇。
参考:
[1] 工程师与数学家的布朗运动理论对比
https://blog.sciencenet.cn/blog-3418723-1458528.html
[2] 教科书中两种对立冲突的布朗运动理论及实际应用效果
https://blog.sciencenet.cn/blog-3418723-1458326.html
[3] 工程师的随机过程分析工具降维碾压数学家
https://blog.sciencenet.cn/blog-3418723-1459016.html
[4] 图解《随机过程》布朗运动定义中的两个逻辑错误
https://blog.sciencenet.cn/blog-3418723-1459613.html
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