高尔顿钉板

本展品由图文板、钉板、滚珠组成。钉板分正反两面,彼此上下颠倒,可通过翻转进行正反面切换。钉板上的钉子彼此距离相等,上一层的每一颗钉子的水平位置恰好位于下一层的两颗钉子正中间;滚珠直径略小于两颗钉子之间的距离。

此装置来自英国生物统计学家高尔顿的设计,是用来研究随机现象的模型。小球落下后形成的中间高、两边低的分布情况叫做“正态分布”。该展项反映了统计学上著名的“中心极限定律”,即大量连续的随机变化会形成正态分布结果。这个规律广泛存在于自然和社会现象中,从学生的成绩到股票的价格……随处可见。

知识拓展

描述规律的语言

伽利略说:“数学是上帝用来书写宇宙的文字。” 不论物理规律、化学规律、生命规律,还是社会规律、认知规律,都会借助数学工具。古希腊的毕达哥拉斯试图将万物本源归于数学,中国汉代浑天说取代盖天说,也与前者在数学上更加符合观测结果密不可分。近代科学的进步,同时伴随着数学的巨大发展。  

数学推导的力量

数学推导,从少量已知条件出发,通过严密过程,得到最终结果。整个欧氏几何学的大厦,都是从十条公理出发构建的。牛顿通过三条定律,推演出洋洋洒洒一部《自然哲学之数学原理》,描绘茫茫宇宙的运行规律。数学推导常常可以比现实试验走得更远,特别是在高维空间、黎曼几何、拓扑学、弦理论等领域发挥不可替代的重要作用。

统计工具

统计学通过广泛搜集现实样本,归纳事物的一般规律,尤其在经济学、心理学、生态学等领域的研究中得到了广泛应用。

多种数学方法的综合运用,构成了从提出假设、构建理论,到验证理论的研究范式。

非线性革命

20世纪,对气象、生态等系统的研究催生出非线性数学,人们发现混沌现象是广泛存在的,而周期性变化反而过于理想化。这意味着传统抽丝剥茧式的“还原论”方法难以准确描绘现实世界,这对各学科研究的根本思想和方法都提出了挑战。未来,人们是否能找到兼顾整体和细节的新方法,去把握万物规律呢?