有人说圆周率蕴含宇宙奥秘,也有人说圆周率解出,就证明宇宙不存在绝对的圆。过去很多科学家的理论是错误的,人类会颠覆今天的认知。
2011年圆周率小数点算到10万亿。
2019年圆周率小数点算到31.4万亿,今天还在算。圆周率是一个真正的无理数,还是有尽头?为什么科学家如此执着?
圆周率的发展历史。圆周率最早的记录应该是2000多年前的古巴比伦。他们计算出π=3.125,而古埃及认为π=3.1605。
中国最早的天文书籍中也提到了圆周率,“一周三周直径”是中国古代科学家提出的设想。也就是说,一个圆的周长是直径的三倍多一点。至于“多一点”的具体数值,当时不得而知。
到了西汉时期,其实就有大量的学者开始研究数学。
公元1世纪,王莽让刘欣计算圆周率。刘鑫查阅相关典籍后,借助青铜树计算出圆周率为3.1547。
3.1547虽然没有今天的π那么精确,但它打破了“一周三周”的纯文字理论,开始向数值方向发展。
三国时期,数学家刘徽通过内接正多边形的面积来计算圆周率。
中国古代数学家代表人物祖冲之把圆周率计算到小数点后7位,即3.1415926。
当然,西方也有很多古代数学家,比如阿基米德,他在计算圆周率的时候用的是穷举法。
简而言之,圆周率是通过外切和内接正多边形计算的。阿基米德的数据来自正96边形,计算范围为3.1408~3.1429。
1610年,德国人卢道夫·范·瑟伦(ludolph van ceulen)在花费了大半辈子的时间后,终于计算出了一个正262边多边形的周长,因此他成功地将圆周率的数值后面的小数点算到了35位,也就是俗称的“鲁道夫数”。
对于圆周率的计算,之前使用的方法有些“原始”,直到微积分的出现。
18世纪初,英国数学家梅钦用快速公式算法成功地将圆周率后的小数点计算到100位。
19世纪70年代,Shacks用了15年的时间成功地将圆周率的小数点计算到707位,这是目前人工计算圆周率的最高纪录。
随着计算机的出现,科学家们看到了新的希望。他们开始用计算机计算圆周率。从1949年计算出的π小数点后2037位数字到今天的31.4万亿位数字,计算机人都在不停地计算。
经过反复推理,科学家认为圆周率是一个无理数。无论计算多少个百兆或者几十万亿的小数位,人类永远也计算不出圆周率,但如果是呢?
绝对圈还存在吗?
当我们看到一个正六边形时,一眼就能看出它和圆的差距。
如果是正十二边形呢?
它和圈子的视觉差距在逐渐缩小。
假设多边形被无限分割,那么它和圆的差距是不是也无限缩小了?也就是无限趋近于绝对的圆。
圆周率无法计算的理论依据是:正多边形无论分多少次,其本质仍然是正多边形,始终与真正的光滑曲线有着本质的区别。但是,如果反过来计算圆周率,真正的圆和光滑的曲线是不存在的。
那么之前所有涉及圆和光滑曲线的理论都是错误的,甚至影响到当代的集成电路、航天工程等领域。
圆周率已经算到31.4万亿了。为什么科学家如此执着?1.密码学的魔力。
我们先来看看6位数的银行卡密码。也就是说圆周率是否包含从“00000”到“99999”的全部6位数字?
手动寻找显然是不可能的。但也有科学家认为找到圆周率小数点后所有六位的概率是60%。如果小数点后的位数高达200万,这个概率就提高到90%。现在看圆周率小数点后的位数。很明显,pi包含了所有的银行卡密码值。
同理,1990年1月1日到2021年7月25日所有人的生日,在圆周率小数点后十亿位以内都可以查到。
手机号码呢?手机号码可以有11位数字。
因为手机号开头的1是固定的,只要找1000000000 ~ 199999999之间的号就行了。根据科学家的推断,圆周率之后的数值确实可以包含每个人的手机号,但至少圆周率之后的小数点要算到4606亿位。
因为圆周率是一个无理数,而今天的超级计算机已经计算出了31.4万亿位,圆周率小数点后的数值确实包含了每个人的手机号。
无论是6位密码、生日还是手机号,其本质都是一串数字。如果从已有的特殊数字中寻找数字,被计算机破译的难度就小一些,一个很好的方法就是随机生成一组数字。
但是现在很多程序在生成数字的时候并不能做到真正的随机。根据科学家的研究,pi在振荡方向上是随机的,也就是说pi生成的密码是相对安全的。
2.检查主要数学方程式的优缺点。
中国古代计算圆周率的方法是“切圆法”,而现代的计算方法主要是无穷级数,涉及大量不同的公式。
假设我们事先在电脑上设置好几个方程,然后用电脑计算圆周率到小数点后一万位。让我们看看每个公式需要多少时间。
根据实验数据,斯托默公式用时8小时43分钟,高斯公式用时8小时1分钟。这个实验至少可以说明高斯公式比巴斯托公式计算圆周率要快。
3.用于测试计算机的性能
现在,许多专家想知道计算机的性能。他们会用“计算圆周率”的方法。比如有两台电脑,让它们分别计算圆周率。同样的公式下,谁计算的更快更准,就证明性能更好。
而且,计算圆周率还可以帮助计算机发现bug。比如1986年CR-AR2计算机在计算过程中出错,最后发现了一个设计bug。
此外,有些人认为今天的数学理论不一定是正确的。如果未来真的计算出了圆周率,那么之前用圆周率的宇宙学,在热力学,力学,电磁学等等。,都会有不同程度的误差。
以宇宙学为例。如果圆周率改变,计算出的宇宙起源时间也会改变。而且pi也存在于著名的广义相对论引力场方程中,所以看似无意义的计算其实并没有那么简单。
你认为呢?