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如果圓周率的最后一位被算出來,會有什么后果?

 火星科普 2020-04-01

圓周率π是數(shù)學(xué)和物理中十分常見的常數(shù),它經(jīng)常出現(xiàn)在各種數(shù)學(xué)物理方程中,就連愛因斯坦廣義相對論的引力場方程中也有圓周率的身影。圓周率的定義很簡單,即為圓的周長與其直徑之比。

不過,我們并不能根據(jù)圓周率的定義來直接測量出圓周率。因為圓的周長和直徑不可能十分精確地測出來,這樣就無法得到圓周率的精確值。


那么,圓周率是如何得到的呢?

最初,數(shù)學(xué)家通過割圓術(shù)來計算圓周率。通過做圓的正內(nèi)接多邊形和正外接多邊形,邊做得越多,正多邊形越接近于圓。通過計算正多邊形的邊長或者面積,可以算出圓周率的上下限。1500多年前的中國數(shù)學(xué)家祖沖之就是通過這種方法準確算出圓周率小數(shù)位的前七位,這個精度曾經(jīng)領(lǐng)先世界一千年。


此后,數(shù)學(xué)家發(fā)現(xiàn)圓周率可以用無窮級數(shù)來表示,常見的公式包括:


項數(shù)計算得越多,圓周率也算得越精確。目前,結(jié)合計算機與收斂速度非??斓臒o窮級數(shù),人類已經(jīng)算出了圓周率小數(shù)位的前31.4萬億位。不過,圓周率一直沒有算到盡頭,最后一位是什么人們不得而知。

那么,圓周率是否能夠算盡呢?

盡管圓的周長和直徑都是存在的,但它們都不可能同時是有理數(shù)。數(shù)學(xué)家通過多種不同的方法證明,圓周率是算不盡的,它的小數(shù)位是無限不循環(huán)的,這是一個無理數(shù)。因此,圓的周長和直徑之中最多只有一個有理數(shù),例如,圓的直徑為1,周長為π;圓的直徑為1/π,周長為1。

另外,圓周率也不是只有在十進制下才算不盡。事實上,除了nπ進制,其他進制下的圓周率也都是無理數(shù)??梢哉f,圓周率的這種特性是我們宇宙時空的一個基本性質(zhì)。倘若宇宙中有外星文明,他們也會發(fā)現(xiàn)同樣的結(jié)論。

雖然圓周率算不到最后一位,但假設(shè)圓周率被算盡了,會出現(xiàn)怎樣的后果呢?圓還會存在嗎?我們所生活的宇宙會發(fā)生什么變化?


在這種情況下,絕對光滑的曲線是不存在的,圓并非完全光滑的,它們其實是由有限邊的正多邊形所組成。通過割圓術(shù),可以讓圓分割到盡頭。

圓周率是有理數(shù),隨之會帶來的一個巨大問題是微積分不會成立,與微積分有關(guān)的公式都是錯誤的?,F(xiàn)有的數(shù)學(xué)公理體系都是錯誤的,數(shù)學(xué)的嚴密邏輯存在巨大漏洞,人類數(shù)千年來構(gòu)建的數(shù)學(xué)大廈將會倒塌。從另一方面來說,這將會開啟一個數(shù)學(xué)的黃金時代,還有一片更加廣闊的“數(shù)學(xué)大陸”有待發(fā)現(xiàn)。

圓周率的變化將會深刻地影響到我們的宇宙,因為我們現(xiàn)在的宇宙是基于圓周率為無理數(shù)的前提而存在的。如果圓周率成了有理數(shù),時空的性質(zhì)將會發(fā)生變化,宇宙中的各種常數(shù)和物理定律也有可能發(fā)生變化,這甚至可能會導(dǎo)致宇宙無法形成。


當然,在我們的宇宙中,圓周率不可能被證明是有理數(shù)。數(shù)學(xué)不像物理學(xué),物理常數(shù)需要基于測量(被認為定義的真空光速是特別的),而數(shù)學(xué)常數(shù)是完全確定的數(shù)值,在邏輯上可以嚴格推導(dǎo)出來。圓周率被算盡的情況只有可能發(fā)生在其他平行宇宙中(如果平行宇宙存在的話),那種宇宙的物理定律與我們完全不一樣。

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