第27章 lg的史书(2/2)
此外,牛顿在《自然哲学的数学原理》中多次使用对数来处理天体引力计算。lg的普及,也催生了计算工具的革新。1620年,埃德蒙·甘特(Edund Gunter)发明了对数尺,而威廉·奥特雷德(willia oughtred)在此基础上发明了滑尺(slide rule)。
滑尺以lg刻度为基础,通过滑动尺片实现快速乘除、乘方、开方等运算,在接下来的三个多世纪中,成为工程师、科学家和航海家的必备工具,直至电子计算器的出现。
第三章:lg的扩张——工业与工程的基石进入18至19世纪,工业革命席卷全球。蒸汽机、铁路、电报、电话等新技术层出不穷,而lg在其中扮演了不可或缺的角色。在工程设计中,lg被用于计算应力、流量、功率等参数。例如,在流体力学中,达西-魏斯巴赫公式中的摩擦系数常通过lg图(莫迪图)查得;在电气工程中,分贝(db)作为信号强度的单位,其定义基于lg:db = 10 x lg(p1\/p0)。
这一单位至今仍广泛应用于通信、声学和电子领域。在测绘与地理学中,lg被用于地图投影和距离换算。墨卡托投影即利用对数函数将地球曲面展开为平面,使航海图上的恒向线成为直线,极大便利了远洋航行。此外,lg在天文学中继续发挥重要作用。恒星的亮度等级(星等)系统基于lg:每相差5个星等,亮度相差100倍,即星等差与亮度比的lg成正比。这一系统沿用至今。
第四章:lg的深化——数学与科学的内在语言20世纪,lg不再仅仅是计算工具,更成为科学理论的内在语言。在物理学中,lg出现在多个基本公式中。玻尔兹曼熵公式, S = k x lg w,将熵与微观状态数w联系起来,成为统计力学的基石。在化学中,ph值定义为氢离子浓度的负lg值:ph = -lg[h?],这一概念彻底改变了酸碱理论。在信息论中,克劳德·香农(cude Shannon),其中以2为底的lg(即log?)用于衡量信息的不确定性。
尽管底数为2,但其数学本质与lg一脉相承。在地震学中,里氏震级(Richter scale)基于lg定义:震级 = lg A - lg A?,其中A为地震仪记录的最大振幅。每增加1级,能量约增加31.6倍(即10^1.5倍),这一非线性关系正是lg的体现。
第五章:lg的普及——教育与社会的变革随着现代教育体系的建立,lg成为中学数学课程的核心内容。
尽管20世纪70年代后,电子计算器逐渐取代了这些传统工具,但lg的数学思想——将复杂运算转化为简单运算——仍被保留在课程中。