圆周率π包含了宇宙中的终极奥秘吗?

圆周率π包含了宇宙中的终极奥秘吗?在所有的平面几何图形中,圆无疑是最为特殊的一个,圆是对称的极致体现,蕴含着令人一见倾心的独特美感。网图侵删很早以前,人们就认识到,无论多大的圆,其周长除以直径始终是一个恒定的常数,该常数被称为圆周率π。世界各地的人们,自古以来就热衷于求解π

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在所有的平面几何图形中,圆无疑是最为特殊的一个,圆是对称的极致体现,蕴含着令人一见倾心的独特美感。

圆周率π包含了宇宙中的终极奥秘吗?

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很早以前,人们就认识到,无论多大的圆,其周长除以直径始终是一个恒定的常数,该常数被称为圆周率π。世界各地的人们,自古以来就热衷于求解π的近似值。直到1761年,瑞典数学家约翰·海因里希·兰伯特首次严格证明了π是一个无理数。当今,人们借助于计算机不断推进π的计算精度,目前已经计算到了小数点后数十万亿位。

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既然π是无限不循环的,在无限次随机组合尝试中,是否一定会出现任意有限长度的数字组合呢?不知何时,网络上开始流传一个著名的鸡汤文:

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翻译过来就是:π是一个无限不循环小数,这意味着所有可能的数字组合必然存在于π的某个位置。如果将π转换为ASCII码,这个文本的某处必然存在每一个你爱过的人的名字、你的出生和死亡、宇宙每个伟大问题的终极答案。

多么令人激动的结论啊!比这更为煽情的表述,出现在美剧《疑犯追踪》第2季第11集里,哈罗德·芬奇说了这样一段话:“π,圆周长与其直径之比,这是开始。后面一直有,无穷无尽,永不重复。就是说在这串数字中,包含每种可能的组合。你的生日,储物柜密码,你的社保号码,都在其中某处。如果把这些数字转换为字母,就能得到所有的单词,无数种组合。你婴儿时发出的第一个音节,你心上人的名字,你一辈子从始至终的故事,我们做过或说过的每件事,宇宙中所有无限的可能,都在这个简单的圆中。用这些信息做什么,它有什么用,取决于你们。”

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很多人对上述结论深信不疑,但是,这样的结论是否正确呢?很遗憾,至目前为止,从数学上讲,以上结论最多只能称之为猜想,人们还无法证明其正确性。

反例很容易举出,无限不循环小数,并不见得“包含所有可能的数字组合”。比如以下例子:0.……。看出规律了吗?每次出现123以后,多写一个0。这样的数,虽然有规律,却不是循环小数,它也是一个无理数。然而,它仅仅包含0123这4个数字,又如何能“包含所有可能的数字组合”呢?

所以,要想“包含所有可能的数字组合”,首先这个数必须包含所有数字,这样的数,我们称之为合取数。那么,一个满足合取性的无理数,是否就能“包含所有可能的数字组合”呢?遗憾的是,结论仍然是否定的。在上面的例子中,我们不妨设想,将“123”更换为“”,得到的还是一个无理数,它已经包含了全部数字,但是显然不可能“包含所有可能的数字组合”。

到底需要怎样的条件才能满足要求呢?在合取性的基础上,只需要再添加“每个数位上的数字都是随机出现的”和“每个数字出现的概率都相等”这两个条件就没有问题了,这样的数,我们称之为正规数。

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圆周率π是否是一个正规数呢?数学上,要证明一个不是明确构造为正规数的数的正规性非常困难。对于一些常见的无理数,比如√2、ln2、e、π是否是正规数,证明仍然遥不可及。甚至,π里面是否包含无限多个数字3,我们都不知道,我们只知道,π是一个无理数,仅此而已。

有趣的是,正规性和进制还有关系。有一个常数,称为“斯通汉姆数”,它在二进制、四进制、八进制下都是正规数,然而在六进制下,它却不是正规数。如果某个数在任何进制下都是正规数,我们称之为“绝对正规数”。至于π,迄今为止,在任何进制下,人们都未能证明其正规性。在二进制下,根据维基百科,人们在假设某个猜想已经证明的前提下,能够“证明”π的正规性。

但是,借助计算机强大的计算能力,人们至少可以在数百亿的数位里检验π的正规性。结果表明,π完全吻合正规性的要求。因此我们有理由猜想,π一定是一个正规数,虽然还没有得到严格证明,实践中当作正规数来用,目前来看是完全没有问题的。

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即使证明了π的正规性,也不必将π看得就是解决宇宙终极奥秘的钥匙。毕竟,√2不也同样极有可能是一个正规数吗?可见,仅有正规性并不见得多么了不起。最后,让我们一起来欣赏一下著名的“钱珀瑙恩常数”:0.……。这就是一个正规数,它就能“包含所有可能的数字组合”,你认为这个数蕴含了宇宙的终极奥秘吗?

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