数学|单单一个字母e,却在自然界有多种身份
e是什么?
e有很多种“身份” 。 它是英语字母表中的第5个字母 , 第二个元音 。 它来自希腊字母ε , 是英语和许多欧洲语言中最常用的字母之一 。
e同样跨越了多个学科 , 串起了科学的历程 。 它让我们认识到鹦鹉螺美丽的螺壳曲线 , 勾勒出行星运行的轨道 , 了解不可分割的基本粒子及其周围的场 , 将物质的本质揭示出来 。
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自然常数 
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数学家看到e , 最先想到的或许是2.7182818284590……这串数字 。 自然常数e是我们最熟悉的无理数之一 , 它是自然对数的底数 , 是(1 + 1/n)n的极限 , 是数学中最令人印象深刻的数字之一 。 有关e的科学故事用几本书都也讲不完 。
17世纪 , 数学家约翰·纳皮尔发明了对数 , 在纳皮尔的著作的附录中 , 这个常数第一次以一种毫不起眼的方式出现在了一系列数字中 。 直到1683年 , 雅各布·伯努利在研究连续复利时 , 他第一次尝试计算出了e的近似值 。 真正的突破来自18世纪中叶 。 e有时也被称为欧拉数 , 因为著名数学家莱昂哈德·欧拉将对数函数与指数函数联系在了一起 , 让人们对e有了更透彻的认识 。 欧拉恒等式eiπ + 1 = 0将人们最熟悉的几个数字结合在了同一个等式里 , 仿佛展现了数学的极致之美 。
除了数学之美 , e还总与自然之美联系在一起 。 利用e可以构造出优美的等角螺线 , 这个图形被隐藏在自然的各个角落 , 鹦鹉螺的螺壳、向日葵的种子、银河系的旋臂……或许也难怪人们把e称为“自然”常数 。
【数学|单单一个字母e,却在自然界有多种身份】
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偏心率 
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如果告诉你 , 圆和椭圆属于“同一类”图形 , 你或许不会惊讶 , 但如果继续说 , 这类形状里还包括了双曲线和抛物线 , 你或许会觉得 , 它们的形状看起来也太不一样了 。 事实上 , 这些图形确实属于一类曲线 , 它们都可以通过一个正圆锥面和一个平面相切而得 , 被称为圆锥曲线 。
早在公元前的古希腊时代 , 数学家已经开始研究圆锥曲线 , 而定义圆锥曲线最关键的参数也是e , 这里的e代表偏心率 。 或许可以这么理解 , 偏心率衡量了一种圆锥曲线的形状偏离正圆形有多“远” 。
数学中的偏心率而后被应用在多个学科中 。 比如 , 天体物理学中的轨道偏心率是天体运行的一个关键参数 。 早在1609年 , 天文学家约翰内斯·开普勒发表开普勒第一定律 , 提出太阳系的行星围绕太阳运行的轨道是椭圆形 , 太阳在其中一个焦点上 。 轨道偏心率对行星上的气候变化、四季更迭等都会产生影响 。
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电子 
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我们很早就观察到了“电” , 从远古时期开始 , 人类就时常看见闪电 , 古希腊时期人们发现了摩擦起电的现象 。 “Electric”这个词就来自古希腊语的“?λεκτρον”(琥珀) , 因为琥珀在摩擦之后能够吸引微小的物体 。
但直到19世纪之后 , 在某种程度上来说 , 我们才真正从本质上重新认识了“电” 。 在粒子物理学家的眼中 , e就是第一个被发现的亚原子粒子——电子 。 电子是标准模型中的第一代轻子 , 它是一种不可再分割的基本粒子 。 1897年 , 英国物理学家约瑟夫·汤姆孙发现阴极射线是由一种以前未知的带负电的粒子构成 , 这种物质要比原子小得多 , 荷质比也很大 , 这种粒子后来就被称为电子 。 20世纪初 , 欧内斯特·卢瑟福认为电子是围绕在原子核周围的电子云 , 随后尼尔斯·玻尔提出了一种原子结构模型 , 利用量子化的概念研究原子内电子的运动 。
电子被认为在宇宙大爆炸的最初几秒就已经登场 , 并扮演着重要角色;如今 , 它们应用在生活的各个方面 。 这些微小的粒子带着宇宙最初的信息 , 引领着现代科技的进步 。
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元电荷 
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