解开世界之谜的数学家:格拉迪斯·韦斯特的故事

你们好,我是格拉迪斯·韦斯特博士. 当我还是个小女孩时,我最喜欢的事情莫过于解谜了. 我不是指拼图或填字游戏,虽然我也喜欢那些,我指的是数字的谜题. 在弗吉尼亚州长大的我,从小就知道数学是解答许多世界奥秘的钥匙. 每一个方程式都像一个线索,每一次计算都让我离答案更近一步. 我对数字的热爱最终在1956年引领我来到了一个非常特别的地方:位于弗吉尼亚州达尔格伦的海军基地. 那里充满了顶尖的头脑,他们都在为一些非常重要的绝密项目工作. 当时,我们面临着一个巨大的难题,一个困扰着全世界航海家和飞行员的谜题:船只和飞机如何才能在地球的任何地方、任何时间,准确地知道自己的位置呢?在没有地标的广阔海洋上,或是在云层之上,迷路是一件非常危险的事情. 我们需要一个可靠的系统,一个能从天外为我们指路的系统. 这个挑战深深地吸引了我. 这不仅仅是一个数学问题,这是一个可以改变世界、拯救生命的大谜题. 我知道,我的解谜热情在这里找到了真正的用武之地.

我的任务是整个宏伟计划中最基础也最关键的一环. 我们团队的想法是利用卫星,也就是我们送入太空的人造恒星,来创建一个全球导航系统. 这些卫星会不断地向地面发送信号,只要有特殊的接收器,就能通过接收来自不同卫星的信号来计算出自己的精确位置. 但这里有一个大问题:要让计算精确,我们必须对地球本身的形状有一个完美无瑕的理解. 很多人以为地球是一个标准圆球,但事实并非如此. 地球更像一个略微凹凸不平、在赤道部分有些鼓起的土豆. 这个不规则的形状被称为“大地水准面”. 我的具体工作,就是用数学方法,创建一个能极其精确地描述这个不完美球体的模型. 这意味着要处理海量的数据,进行数不清的复杂计算. 在那个年代,计算机可不像现在这样小巧玲珑. 它们是庞然大物,能塞满整个房间,我们得用打孔卡片来为它们编程. 我会花上无数个小时,仔细核对每一行代码和每一个计算结果. 任何一个微小的错误,都可能导致最终的定位偏差好几英里. 这项工作需要极大的耐心和专注,但我乐在其中. 每当一个复杂的计算得到验证,我就感觉自己为这个巨大的世界地图拼上了关键的一块. 我们整个团队都在为这个目标而努力,我们知道我们正在建造的东西将是革命性的. 随着研究的深入,发射第一颗测试卫星的日子也越来越近了. 1978年2月22日,这一天终于到来了. 我们所有人都聚集在控制室里,心情既紧张又充满希望. 我们多年的理论、计算和编程,都将在这颗卫星升空的那一刻得到检验.

当火箭点火升空,将第一颗全球定位系统(GPS)卫星送入轨道时,整个控制室里充满了紧张的寂静. 我们紧盯着屏幕,等待着它传回的第一个信号. 当我们确认卫星成功运行,并且我们的数学模型能够准确追踪它的位置时,巨大的喜悦和宽慰感充满了整个房间. 我们成功了. 我们在纸上和巨大计算机里构建的数字世界,与真实的天空完美地对接了. 那一刻,我意识到,我们不仅仅是发射了一颗卫星,我们是在天空中点亮了一盏新的导航之星. 当然,那一颗卫星只是一个开始. 在接下来的几年里,更多的卫星被发射升空,最终形成了一个覆盖全球的卫星网络. 这个系统最初是为军事目的设计的,但它的影响力远远超出了我们的想象. 今天,你们可能每天都在使用我的工作成果,甚至没有意识到. 当你用手机地图查找路线,当你的父母开车使用导航,或者当你玩一些需要定位的手机游戏时,你都在使用GPS技术. 这个曾经的绝密项目,如今已经成为全世界数十亿人日常生活的一部分. 我的故事告诉我们,对解谜的热情可以引领你走向意想不到的地方. 坚持不懈、团队合作以及对科学的好奇心,能够解决看似不可能的难题. 所以,当你下次遇到一个大难题时,记住我的故事,把它分解成一小块一小块,然后一次解决一个谜题,你也许会发现,你也能改变世界.

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答案: 格拉迪斯·韦斯特博士在海军基地的主要工作是为全球定位系统(GPS)创建一个非常精确的地球数学模型. 她面临的挑战包括:地球并非一个完美的球体,形状不规则;她必须使用当时巨大且操作复杂的计算机进行编程和计算;并且,她需要进行大量繁琐的计算并确保每一个数据都准确无误,因为任何小错误都会导致定位的巨大偏差.

答案: 这个比喻的意思是,卫星就像是人类放置在天空中的星星. 这是一个很好的描述方式,因为在古代,人们就是通过观察恒星的位置来导航和确定方向的. GPS卫星同样在太空中有一个固定的轨道和位置,人们可以通过接收它们的信号来导航,所以它们起到了和恒星类似的作用.

答案: 这个故事告诉我们,解决难题最重要的道理是坚持不懈和团队合作. 即使问题看起来非常巨大和复杂,像为整个地球建模一样,但只要我们有热情,把它分解成小部分,一步一步地耐心解决,最终就能成功. 同时,个人的努力在一个伟大的团队中能够发挥更大的作用.

答案: 激励格拉迪斯·韦斯特博士坚持不懈的是她对数学和解谜天生的热爱,以及她工作的重要性. 故事中提到:“我对数字的热爱最终引领我来到了一个非常特别的地方”;“这个挑战深深地吸引了我. 这不仅仅是一个数学问题,这是一个可以改变世界、拯救生命的大谜题”;“我乐在其中. 每当一个复杂的计算得到验证,我就感觉自己为这个巨大的世界地图拼上了关键的一块”. 这些都表明她从解决问题的过程中获得了巨大的满足感和成就感.

答案: 韦斯特博士的工作深刻地影响了我今天的生活,因为GPS技术无处不在. 三个例子是:一、使用手机上的地图应用查找去一个新地方的路线;二、父母开车时使用汽车导航系统来避免迷路;三、玩一些需要玩家在现实世界中移动的手机游戏,比如《Pokémon GO》.