学好高数能当超级英雄!美国数学天才曾以数学建模找到失踪的氢弹

不少大学毕业生在工作后数年往往都会表示,学生时代所学的大多数课程对后来的工作几乎毫无帮助,特别是曾让自己头疼甚至恐惧的高数课外班,除了牺牲自己的课余时间和家里的金钱外完全没啥实用性。他们提出不是所有人都能当陈景润,但他们不会想到曾有一个美国高数天才发明的特殊理论甚至让世界避免巨大灾难。

学好高数能当超级英雄!美国数学天才曾以数学建模找到失踪的氢弹

谁也不会想到当时的年轻数学家克雷文会在搜寻氢弹时名声鹊起

这个故事发生在1966年1月17日,两架美军B52G轰炸机正沿着西班牙海岸进行带弹巡航,并将按照计划在当日上午十点接受一架KC135加油机的空中加油。然而,由于一架编号58-0256的轰炸机速度过快而加油机没有反应,结果2架大型飞机顿时撞在一起,轰炸机内只有4人跳伞,而加油机由于碰撞火星引燃加油舱而瞬间爆炸烧成灰烬!世界各国都屏住了呼吸,因为这不是一次普通的空中加油机相撞事故,坠落的轰炸机载有4枚B28型通用氢弹,其当量总和高达2500万吨TNT,相当于广岛原子弹的一千多倍!经调查,其中一枚完好地掉在西班牙某山区而没有爆炸,另外两枚则直接发生物理性爆炸,放射性元素污染了方圆2.6平方公里的土壤空气和水,贻害几十年,所幸其内部并未因此发生聚变反应,否则西班牙必将迎来万劫不复厄运。而第四枚氢弹直接落入海中,一时间其具体位置众说纷纭。

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坠落的美军B52轰炸机残骸

冷战中,美苏双方都竭力试图了解对方核武的设计概况,如果任何一方在此情报信息方面领先对手就必然获得巨大优势。美国军方顿时因此高度紧张,他们不但担心落入海中的那枚氢弹被苏联秘密缴获,也担心会发生核泄漏污染大西洋而带来巨大灾难。所以美国空军的核武事故小组不到一天就抵达现场并立刻向美国海军大西洋舰队求援,很快美军派遣了包括福莱斯特号航母在内27艘各类舰艇。但要在浩瀚的大西洋中发现氢弹的具体位置无异于大海捞针,为了争取时间美国海军专门请来了一位年轻的加州理工学院博士生:约翰.克雷文。克雷文曾以其杰出的数学知识为美军核潜艇发展贡献颇多,但对大西洋中搜寻氢弹也倍感棘手,一连几天都毫无头绪。但很快克雷文想到了1760年英国统计学家贝叶斯提出的数学理论,即今天的贝叶斯决策理论。该理论的核心就是根据各种合理假设和推断判断各种因素可能的几率,并随着进一步信息的挖掘对各种可能性数据进行修正。如果自己能将此理论建模,或许可以有新的思路。

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后来美军根据克雷文的统计建模,找到了失踪氢弹

在美国空军协助下,克雷文很快获得了轰炸机和氢弹的相应气动数据,并以此开始建模,假设飞机的坠落角度,如果飞机残骸和炸弹没有一道坠海会如何?失踪氢弹的两个降落伞可能都打开,也可能只开一个或都没打开,三种情况下可能的落点分布如何?事情并非一帆风顺,起初克雷文在经纬度表格上标注几个可能的落点后却发现和美国空军估测的位置相差很大,而且美军舰艇对克雷文估测的一个点搜寻一无所获。当时的美国总统约翰逊认为克雷文资历不足,其理论几乎就是胡说,强令真正的资深专家来进行统计。然而一个麻省理工学院和康奈尔大学组成的联合专家团队一番审查后却一致认为克雷文的方式绝对是最佳选择!最终在当年4月7日,通过更新的海图坐标美军最终找到了失踪的氢弹,随行美军扫雷舰尖峰号执行搜索的克雷文终于得以欣慰,这也证明他开发推广的贝叶斯统计理论大获成功。曾经对克雷文表示不屑的德州红脖子总统约翰逊也开始对克雷文大加赞赏,甚至将其奉为美国英雄。

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克雷文后来协助美国海军找到了失踪的核潜艇天蝎号

2年后,克雷文又立新功。这一年5月,正在亚速尔海域执行跟踪苏联战略核潜艇的美军攻击核潜艇天蝎号突然失踪。由于冷战中双方核潜艇经常进行互相跟踪,所以一旦有任何一方的潜艇失踪就很可能怀疑为对方击沉,此时只有尽快调查失踪潜艇残骸所在位置才能尽可能澄清事实。这一次克雷文第一时间就被邀请参与调查,虽然这一次的线索只有北约的海底声呐捕捉到天蝎号内部疑似爆炸声,但有了2年前搜寻氢弹的经验,克雷文很快结合这一线索在声呐学家协助下最终构建了潜艇失踪位置的坐标图。在这一坐标图的协助下,美军最终得以在当年10月找到了天蝎号的残骸,虽然曾有怀疑苏联潜艇发射鱼雷将其击沉,但进一步调查则显示天蝎号内部的爆炸是由于氢气自燃所致,由此,克雷文再立新功。克雷文推广的这种贝叶斯理论逐渐在随后的几十年里被世界各国广泛用于失踪舰船和飞机的搜寻,例如2009年5月31日法航447号航班自里约热内卢飞抵巴黎途中于大西洋中部失联,法国方面急于找到这架先进的A330上的黑匣子,但其本国的最初搜寻却一无所获。两年多之后,几乎穷途末路的法国只能求助于美国密特隆咨询公司,而密特隆公司通过当初克雷文推广的贝叶斯统计学理论,最终锁定了一个多次被法国搜寻团队忽略的坐标,最终在该海域深处找到了黑匣子,以此才确定法航447号的坠落是由于操纵人员失误所致。

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马航370残骸,其搜寻难度之大以至于有人认为其被外星人劫持

然而,任何一种理论和技术都不是完全无懈可击的。贝叶斯建模在2014年马航370号航班下落调查中就因证据过少而一筹莫展。据说建模团队有人感叹,这一次的线索少的可怜,几乎让人感觉到该机几乎是被天外来客绑架一样,以现有技术来看不能完全排除星际文明的可能性。所以后来在印度洋上的大规模搜救虽然找到了马航370的部分残骸,但也依旧无法找到其黑匣子。也许贝叶斯统计学建模会随着未来数字化技术的发展有了新的完善,最终将揭开马航370之谜。

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