是否意味著最小的單位被計算出來了?
答案:圓周率不可能被算盡,數(shù)學上也不存在最小單位,只有物理上才存在最小單位。
所謂的圓周率就是任意一個圓形的周長和直徑的比值,這個值很神奇永遠也無法被算盡,它被稱為π約等于3.14。
為什么圓周率無法被算盡?因為圓周率的計算是建立在基礎數(shù)學之上進行的,圓周率算盡就代表著基礎數(shù)學的坍塌,幾乎所有的數(shù)學知識將被推倒重新建立。打個比方,大家都知道中國歷史上有兩個與圓周率相關(guān)的名人,劉徽和祖沖之,他們是通過割圓法來求圓周率的,割圓法就是通過在圓內(nèi)正接一個正多邊形,一直增加正多邊形的邊長數(shù)量,讓每條邊無限逼近圓的曲線,這樣就可以將這個正多邊形的所有邊長長度近似認為是圓的周長,以此求得圓周率π的數(shù)值。如果圓周率π被算盡,意味著一個圓內(nèi)的正多邊形邊長增加到一定程度,邊長就等于圓弧的長度,例如圓弧AB=線段AB,這顯然是不符合數(shù)學規(guī)律的。
如果圓周率被算盡就不可能存在曲線,曲線將變成由很多線段所組成,微積分的極限累加計算圓弧面積將失效,幾何學的圖形將會亂成一鍋粥。實際上,圓周率早已有人通過嚴密的論證證明,π不可能被算盡。
1946年,美國的數(shù)學家伊萬尼文,利用反證法和微積分早已求得π是無限不循環(huán)的數(shù)。或許很多人有疑問了,既然知道π是無理數(shù),為什么還要繼續(xù)計算它的數(shù)值呢?這有什么意義嗎?
目前人類已經(jīng)利用超級計算機將π算到了小數(shù)點后20萬億位,π存在的意義就在于檢測超級計算機的運行能力,計算機的能力越強,能算出的小數(shù)點位數(shù)就越多,這個計算過程及其復雜,所以也只有π這樣的無理數(shù)才可以擔此重任。
π存在的另一大原因是被用于密碼學,我們都知道戰(zhàn)爭時期很多重要信息都會被加密傳送,那么加密的過程中需要文字和數(shù)字參與編寫,利用文字信息容易被發(fā)現(xiàn),利用數(shù)字較為安全。如果是計算機隨機生成的數(shù)字,其實并不是真正的隨機數(shù),破譯它的程序就可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律,這時圓周率π就登場了,因為π是一個無限不循環(huán)的無理數(shù),通過拼接素數(shù)能夠產(chǎn)生真正的隨機數(shù),這樣就保證加密過程的安全。
至于最小單位就是物理上的說法,數(shù)學上不存在最小的說法,物理上最小的單位是普朗克長度,等于1.6x10的負35次方米,這個尺度有多小呢?我們來對比下,原子的直徑是10的負10次方米,原子核的直徑是10的負15次方米,夸克的直徑是10的負18次方米。
普朗克長度是實際生活中的最小單位,包括我們眼前看到的任何物體,甚至我們所在的空間都不是連續(xù)光滑的,空間的尺度就是長度,這個長度必定大于普朗克長度。原子的分割也是有極限的,不可能無限小,分割到一定程度很有可能像超弦理論中所說的那樣,所有的微粒都是能量振動產(chǎn)生的,這些微粒構(gòu)成了世界。