如果圆周率被算尽,会出现什么后果?圆很可能会断裂

栏目:基础教育  时间:2023-04-21
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  Pi是一个数学概念,也是我们上学时接触到的第一个无理数。所谓无理数就是无穷大的不循环小数。数学中这样的无理数数不胜数。例如:√2、√3、√5。而圆周率只是最常见的无理数之一,但是圆周率涉及到宇宙中最常见的基本形状——圆,所以有点神秘。无论是在微观层面还是在宏观尺度上,当我们用数学建模来分析物理问题时,总会涉及到圆形轨道,所以pi会出现在很多物理公式中。

  

  Pi其实就是圆的周长与其直径的比值。事实上,有一种方法可以理解为什么pi是无限的并且永远无法计数!简单的说,圆本身就是一个无限循环的概念。

  

  如果一个圆的直径是1,那么这个圆的周长就是pi,也就是说圆的周长在数学上会无限接近一个值,但永远不会达到这个值。这就是无穷大的概念。简单来说,对于一个圆,如果你用手指沿着圆走,从数学上讲永远不会到达断点,而是会无限循环下去,也就是说圆上的每一点都会无限接近另一点;这也意味着圆的周长会无限接近一个值,组成圆的直线也会无限接近一个值!

  

  圆周率的计算可以追溯到公元前250年,当时希腊数学家阿基米德证明了圆周率介于3.1408和3.1429之间。我国古代数学家刘徽采用切圆术,即制作圆的内接多边形和外切多形,使多边形的周长无限接近圆的周长,并确定了圆周率与小数点后四位的比值.祖冲之继承刘徽,根据圆切法计算出圆周率在3.1415926到3.1415927之间。然后到了1630年,人们利用几何方法将这个数字扩大到小数点后39位。

  

  到现在为止,人们已经无法用几何方法来计算圆周率了,因为涉及到的尺度越来越小,在现实中已经行不通了。直到现代,超级计算机的出现已经将圆周率计算到了小数点后30万亿位。而这还不算到最后,这就是数学中无理数无限逼近一个值的情况。

  

  有人还有一个疑问,那就是物理学中有一个普朗克尺度,就是说事物不能无限细分,宇宙中有一个最小的尺度,也就是在这个尺度下,所有的定律物理学不会探索也就失去了意义。那为什么pi的比值还会出现取之不尽,即它的周长是无穷大不循环数的情况呢?

  其实这两个概念并不冲突。我想区分理论和现实。数学是一种理论工具,是一个抽象的概念。它不受现实的约束,可以存在和研究无理数,是无限的概念,可以研究更高的维度。比如我们都听过这样一句话:

  拿一根一尺长的棍子,每天折断一半,永远折不完!这其实是我国古人对无穷大概念的描述,在数学上确实是成立的。因为数学不需要考虑现实。但物理学不同。它需要以宇宙的真实性为标准来表达客观事物。因此,它不能无限地细分空间中的事物。按照日断半棒的说法,只需要120天就可以完成。将其分解为1.6x10-33厘米的普朗克长度,因为这是一个呈指数递减的过程。所以在物理学中我们非常小心地对待无穷大的概念。

  那么如果有一天发现pi的数量用完了会怎样呢?

  

  Pi在数学上已经通过严密的推理被证明是一个无理数,同时也通过微积分和反证法证明了pi是一个无理数。如果有一天计算出圆周率的比率,我们建立的数学体系将不得不修改。更重要的是,圆圈的形状会有一个理论上的断点,理论上是闭合的,有一个无限循环。这表明任何封闭结构的形状都是不连续的,一些大的结构可能会断裂。

  这一点大概对我们影响最大,因为现实生活中有太多的封闭结构。电子仪器、汽车、飞机、航天工业到生活用品。

  

  如果计算圆周率的比例,那么古老的割礼术就可以证明圆不是真正的“圆”,在一定程度上是不能分割的,说明圆其实是一个“正”多边形”。我们需要重新定义圆。构成圆的光滑曲线实际上是由有限的微小线段组成的。这也说明我们之前想的曲线是错误的,它也是由有限的线段组成的。这可能涉及微积分的数学理论问题,用微积分创造的一切都可能存在我们无法察觉的错误。

  

  但我认为即使把圆周率穷尽,对物理定律也没有影响,因为我们现在使用的圆周率有时只能精确到小数点后几位,而且在几何上没有完美的平面当前世界。对于一个圆,即使是太阳系那么大的圆,圆周率也精确到小数点后35位,计算误差比原子还小。

  当然,pi已经被证明是一个无理数。诸说自洽,不相矛盾,故不可数也。

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