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曲面的属性(基础科学论题) 精选

已有 5529 次阅读 2014-6-28 12:29 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

      地球表面是个复杂的曲面,如何表达它是一个基础科学问题。因此,对地表曲面属性的工程描述能力反映了一国的基础科学水平。换句话说,一国所用的地形图与实际地形的吻合程度直接的反映了一国的基础科学能力和技术实力。

      由于地形图的军事价值,这类地形图一般是不容忍它国来“帮助”完成的(主动态的,其被动态相当于是不可购得的高端技术机密)。

      历史上,获得特定地区的地形图是在军事上实现对地区占领的前提条件之一。当然,随着科技发展和经济全球化,获的低分辨率的地形图(大尺度)已经是很容易的事情了,但是,在军事所需尺度上获得高分辨率的地形图(小尺度)则依然是个永无止境的难题。

      各国搞卫星干什么?获得目标地区的尽可能细化的地形图就是目标之一。细化程度技术上用分辨率表示,如,100级,10,1级,10厘米级,再细也就没价值了?不是,厘米级,或毫米级的分辨率在军事上意味着可以发现地下的建筑性活动(如地下工事)。

      2百年前,高斯建立地球表面的几何理论以后,地球表面的精确几何测绘在理论上就可以实现了。面临的只是技术问题。直到最近几十年,在地球表面的几何理论上的进步才开始出现。这是卫星技术高分辨率引出的对细节描述理论的需求而引起的。

      从客观角度看高斯建立地球表面的几何理论:1)高斯建立地球表面的几何理论的前提是非欧几何概念在数学上的建立;2)第二个前提是微积分数学理论的建立;3)第三个是社会发展:绘制精确地形图的需求推动(政治、军事、经济)。

      高斯建立地球表面的几何理论以后,全球地形测绘(大地测量学)成为技术问题。因为有限的分辨率,大地测量学追求的是测绘技术本身,而无需去研究地球表面的几何理论(二维流形)。结果呢,近一百多年下来,大地测量学把它所追求的是测绘技术本身当成是它的“基础科学”。而一般性的曲面属性的研究,尤其是高维流形的几何理论与它没有任何关系(二维就够用了)。

      但是,卫星技术(如遥感等)提供了新的可能性,对局部地形的超精细描述及测量(位形及物性,如工事集群)的实现,而不再是简单的坐标、高程;甚至是变形的精确描述(测量地下工事的破坏程度)。这就是说,高维流形的几何理论成为其“科学基础”。

      由二维流形的几何理论上升为高维流形的几何理论来描述地球表面就是一场革命性的进步(大地测量学革命)。我们看到的是:出现这种对基础科学理论变革的需求在时间上的垮度为200多年。

      但是,在过去200多年里的思维定势使很多人认识不到这个问题,因而,在大地测量学学科传统体系内并无高维流形的几何理论的立足空间,也就更谈不上大量的人才储备了。

      而事实上,大地测量学革命也是高维流形的几何理论“入侵到”大地测量学的结果。

      如果看不到这一点而研究大地测量学的卫星分辨率(100级,10,1级,10厘米级)问题,也就无从获得本质的、实际的、有价值的进展,而且必定认为再细也就没价值了(必如很多人就认为精度再高也没有实际工程价值,经典要求早就满足了)。

      也就是说,如果以传统的大地测量学视界来看,高维流形的几何理论纯粹是没有必要的。这与另一种追求:这种分辨率提供了对地面的高微流形的测绘技术进行开发的工程应用领域,则会是努力的在大地测量学内把高维流形的几何理论作为“基础科学”之一。

      所以,大地测量学分成了两个流向:把技术作为“科学基础”的流向;把高维流形几何的理论作为“科学基础”开发其技术实现的流向。两者之间的人员几乎没有任何共同语言。

      以上的实际例子说明:对于“一个学科的基础科学是什么?”的问题,在不同的科学水准上看是有不同结论的。而对学科基础科学理论为何的判断结果的正确与错误将直接的决定其研究发展方向,高下立判!

      我们有很多这样的例子:对某个基金课题,有人说它是基础研究,有人说它是技术研究;有人说不属于本学科,有人说它不属于本学科;有人说它是纯理论研究,有人说它是应用研究;不一而足。背后的问题有两个:1)本学科在本质意义上的“基础科学”为何?2)技术进步把那个原本无关的学科升格为本学科的“基础科学”?

      而恰恰是对这两个基本问题,在我国,各学科的学者考虑甚少,而对学科传统边界划定的执着也阻碍着人们对这两个问题的理解深度。

      所以,就现实来看,科学创新的基础条件“科学视野”的不足是我国学界最为明显和突出的问题。

 




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