假如到了圆周率被算尽的一天,会是什么样的后果?
圆周率是一个数学上的概念,也是我们上学时接触到的第一个无理数,所谓的无理数就是一个无限不循环小数,在数学上有无数个这样的无理数,例如:√2、√3、√5。而圆周率只是其中最普通的一个无理数,但是圆周率涉及到了圆这个宇宙中最常见的本质形状,所以略显神秘。不管在微观层面还是在宏观尺度上,我们用数学建模分析物理问题时,都会涉及到圆形轨道,所以在很多物理公式里都会出现圆周率的身影。
圆周率其实就是是一个圆的周长与其直径的比值。其实有一个方法可以很好地理解为什么圆周率是无限的永远算不尽!简单地说圆本身就是一个无限循环的概念。
假如一个圆的直径是1,那么这个圆的周长就是圆周率,这说明一个圆的周长在数学上会无限地逼近一个值,但永远达不到这个值,这就是无限的概念。简单的说,对于一个圆周,如果你用手指沿着圆周走,在数学上你永远不会达到一个断点,而是会永远无限的循环下去,这意味着圆上的每一个点都会无限的靠近另外一个点;这也说明一个圆的周长会无限接近一个值,组成这个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,由希腊数学家阿基米德证明了这个数字在3.1408和3.1429之间。我国古代数学家刘徽使用割圆术,也就是做圆的内接多边形和外接多变形,使得多边形的周长无限逼近圆的周长,将圆周率确定到了小数点后四位,祖冲之继承了刘徽的割圆术,将圆周率推算到3.1415926和3.1415927之间。然后到1630年,利用几何法人们将这个数字扩大到小数点后39位。
至此人们利用几何的方法已经无法再往下算圆周率了,因为涉及到的尺度越来越小,在现实中已经不具备可操作性了。直到现代,超级计算机的出现已经将圆周率算到了小数点后30万亿位。而且这并没有算到头,这就是数学上一个无理数无限逼近一个数值的情况。
有些人还有个疑问,就是在物理上存在一个普朗克尺度,说的是事物不可无限细分,宇宙存在一个最小的尺度,也就是在这个尺度之下一切物理定律我们将无法探查,也就失去了意义。那为什么圆周率还存在算不尽的情况,也就是它的周长是一个无限不循环的数?
其实这两个概念并不冲突,我要分清理论和现实,数学是一个理论上的工具,是一个抽象的概念,它可以不受现实的约束,可以存在和研究无理数也就是无限的概念,可以研究更高的维度。例如,我们都听过这样的一句话:
拿一个一尺长的棍子,每天掰掉一半,永远都掰不完!这其实就是我国古人对无限概念的描述,在数学上确实是成立的。因为数学不用去考虑现实性。而物理就不一样,它需要以宇宙的现实性为准则,去表述客观事物,所以在空间上不能无限细分一件事物,按着一天掰一半棍子的说法,只需要短短120天就可以掰到普朗克长度为1.6×10-33厘米,因为这是一个指数递减的过程。所以在物理上我们会十分谨慎地对待无限的概念。
那么圆周率假如有一天发现被算尽了会发生什么?
圆周率在数学上已经通过严谨的推理被证明是一个无理数,而且通过微积分和反证法也证明了圆周率是无理数。如果哪一天圆周率被算尽,我们所建立的数学体系就要做出修改,更重要的是,圆这个在理论上封闭的、无限循环的形状就会存在理论上的断点,这说明任何闭合的形状都是不连续的,一些大型结构就有可以发生断裂。
这一点可能对我们的影响最大,因为在现实生活中闭合的结构太多了。电子仪器、汽车、飞机、航天工业到生活用品。
如果圆周率被算尽,那么古老的割圆术就可以证明圆并不是一个真正的“圆”,分割到一定的程度就无法在进行分割,这说明圆其实就是一个“正多边形”,我们要重新对圆进行定义。组成圆的光滑的曲线实际上就是有有限的微小线段组成的。这也说明我们之前认为的曲线也不对,它也是由有限的线段组成的。这可能会涉及到微积分的数学理论存在问题,利用微积分所创造出来的一切可能都会存在我们无法感知的误差。
但是我觉得圆周率就算尽了,对物理定律没有任何影响,因为我们目前所使用的圆周率也是有时也只精确到小数点后几位,而且在现在世界中也根本不存在平面几何上完美的圆,就算太阳系这么大的圆,圆周率精确到小数点后35位,所计算的误差也比原子还要小。
当然圆周率已经被证实是一个无理数,各种理论都互相自洽,并没有出现矛盾的地方,所以不可能被算尽。
这两个问题弄清楚了就会涉及到:微积分计算曲线的思维方法是错误的,极限积累理论将不存在。
因为圆的周长与直径的比是6+2√3比3,所以圆周率的所有数是(6+2√3)/3。由于无理数√3的存在,必然计算圆周率的结果(约等于3.1547005383......)也是无理数,永久算不尽。
而无论是从圆的内接还是外切正6x2ⁿ边形,无限倍边推出所谓的圆周率3.1415926......都原本是正6x2ⁿ边形的周长与过中心点的对角线(或对边距)的比,应叫正6x2ⁿ边率。由于n本身就是一个无限不循环的无尽头的大数,所以计算正6x2ⁿ边率3.1415926...更是无尽头,无极限。
当圆与内外的正6x2ⁿ边形分开时,正6x2ⁿ边形与圆无关。正6x2ⁿ边率依然是正6x2ⁿ边率;圆周率依然是圆周率。
圆不是正多边形,凡是圆柱横断面的边或采用圆规的方式画出来的封闭弧曲线都是真正的圆。因为真正的圆是一条光滑的弧曲线不是无数的小线段,所以曲线是曲线、直线是直线。
如果直曲不分,那么必然会给真正的几何图形将变得混乱。