打开手机,选中一张照片,点击“一键美颜”,粗糙的皮肤瞬时变得光滑靓丽起来,这时我们应该感谢一位科学家——傅里叶。2月24日晚8:00,中科院汤涛院士做客《高山科学经典》抖音直播间,为网友导读了傅里叶的经典科学名著《热的解析理论》,介绍了著名的“傅里叶变换”在当今世界的广泛应用。
汤涛是著名计算数学家、教育部长江学者讲座教授、中国科学院院士、欧洲科学院院士。他在双曲型方程计算方法误差分析、微分方程谱方法理论、微分方程自适应算法、相场模型的高精度算法、以及计算流体力学等领域的研究工作具有广泛影响,屡获国际大奖。他还致力于数学文化的普及和推广,创办《数学文化》并担任联合主编。
导读中,汤涛介绍,《热的解析理论》主要研究各种类型的物体中的热传导问题,其基本思想是物理问题数学化,书中的原创思想“傅里叶级数”“傅里叶变换”成为了理解现实世界的伟大工具。傅里叶在书中提出,任何“函数”都可用“正弦函数”和“余弦函数”叠加构成的“无穷级数”来表示,通过傅里叶变换能够对“数”和“图”进行转换。
汤涛介绍了傅里叶变换问世以来在当今世界的一系列应用。随着1965年“快速傅里叶变换”的提出,实现了对声音、图像的数字转换,可以在MP3和JPEG压缩、语音识别、人工智能、医学扫描、数据科学、物理、天文、金融等领域广泛应用。“可以说没有傅里叶变换,就没有我们今天的互联网和智能手机”,汤涛说。
通过傅里叶变换,还可以实现美颜、声音处理等功能。汤涛举例,在傅里叶方程中,可通过修改余弦函数的某个系数,来实现皮肤光滑度的变化,如对应的“COS nx”中,“n”如果等于“20、30”,就是有皱纹的皮肤,如果改成“5、6”等小数值,皮肤就会变光滑。在声音处理中,也可以通过修改“频谱”对应的数值,实现“音色”变化;通过去掉更高频的噪音,还的可以达到声音“美化”效果。
汤涛还介绍了傅里叶的生平。傅里叶出生于1768年法国大革命前的一个裁缝家庭,9岁沦为孤儿,曾险些被送上断头台,又跟随拿破仑东征,后行政、学术两不误,在长期不被导师认可的情况下,最终出版了《热的解析理论》。汤涛总结,傅里叶变换是现代人类文明中最重要的技术之一。不过,由于对热力学过于痴迷,傅里叶认为“热”能包治百病。相传在一个夏天,傅里叶关上门窗,穿上厚厚的衣服,坐在火炉边,于是他被活活热死。
节目还设有讨论环节,由浙江外国语学院教授贾随军担任嘉宾主持,浙江大学数学学院教授蔡天新共同参与了讨论。对于如何看傅里叶身兼地方行政长官职务,却依然能作出惊人的数学成就?三位嘉宾在讨论中又列举了多位“业余”数学家,如“贝叶斯理论”中的贝叶斯是一位大主教,“费马大猜想”中的费马是一名律师等。
据了解,高山科学经典致力于邀请100位知名学者来做导读者、200位知名人士做嘉宾,共同解析科学名著,引领大众科学地阅读,增长对科学的兴趣,提升科学文化素养,让科学融入现代人的生活方式。
近年来,越来越多院士、教授、学者走进抖音,向公众传播科学知识,在抖音听名校公开课成为新风尚,网友打开抖音就可以观看到不同高校的精品课程。抖音相关负责人表示,抖音将持续与更多的科研机构、科普专业人士建立合作,对知识传播内容进行倾斜和扶持,进一步推动“知识普惠”。