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为何要把圆周率继续算下去?科学家解释有这3个实际意义

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如果用上下限来界定数学的话,它应当是下限极低且没有上限的一门学科。它的下限低到即使没有上过学的人,知道加减法表和乘法表,也足以利用它满足我们生活的大部分需求。它的上限,却又如同宇宙一般给人无法穷尽的感觉。

虽然数学的应用范围可以遍及世界上的任何问题,是物理学、化学等学科的基础,但数学总是给我们一种错觉,即它从形式上所表现出来的感觉是无用。

从初中开始,就有许多人开玩笑,数学学那么深奥做什么,平时生活也用不着设x解方程;而到了更高等的微积分数学时,于绝大多数人而言,就更加摸不着头脑。因此,数学可以很简单,也可以很深奥。



数学中的难题

对数学深奥性的第一次直观认知,是看到一个问题:0.999的无限循环与1究竟谁大?当时下意识地表示肯定是1大。但实际上,它们相等。而关于这一问题的解释只有一句话:因为他们之间再也插不进另外一个数。

这一答案与解释,让我刷新了对数学家的认知。一个看似简单的问题,在数学家的眼中,却充满了复杂性,比如困扰数学家多年的哥德巴赫猜想。

但回过头来看,作为其他学科的基础,数学无疑是一块基石,只有数学稳了,其他才能在它的基础上继续发展。因此,数学可以说是最严肃的一门学科。



怀着这一严谨的态度,数学家们的事业仍然在继续。但也正是这份事业,又让我们充满疑问,其中最明显的便是关于圆周率π的取值问题。

在我们的数学中,π≈3.14,当应用到3.1415926就能解决许多高级问题,而为了更严谨,小数点后五十位左右就基本能解决所有问题。但是关于圆周率的计算,从公元前两千年左右就开始了,直到如今还在继续攻克。



圆周率的计算

世界上最早的关于圆周率的计算,应当是在两河流域以及埃及地区。产自于约1900年前的古巴比伦石匾上,记载了的圆周率=25/8=3.125;与之相同时期的埃及地区,其文物上记载圆周率=(16/9)≈3.1605

虽然四千多年前的圆周率不够准确,但能够出现关于这一问题的计算就足以证明圆周率对数学家们的吸引力。

在这最初的试验阶段过去后,对圆周率的几何算法出现在我们的视野之中。古希腊的阿基米德,通过理论计算的方式,算得圆周率的近似值为3.141851。



而中国古代,也为圆周率的计算贡献了很大的智慧。刘徽用“割圆术”的方式,算得圆周率近似值为3.1416而后,祖冲之在割圆率的基础上继续计算,算得3.1415926<π<3.1415927,这是在公元十三世纪之前,最准确的圆周率取值。

之后,关于圆周率的取值不断得到发展,15世纪初卡西将圆周率小数值精确到17位;1610年,德国数学家将圆周率算到35位后小数值;1948年,弗格森与伦奇将人工计算圆周率的数值推到了顶峰,即精确到了808位小数值。



当人力开始穷尽的时候,计算机时代到来,从几千的小数位,到百万的小数位,再到上亿的小数位。截止今年三月十四日,吉尼斯纪录中最准确的圆周率数值已经超过小数点后62万亿。

然而,早在1761年,兰伯特就已经证明圆周率是无理数,永远也不会有穷尽的一天。既然如此,为何此后三四百年间仍然有如此多的人计算圆周率,这样继续下去的意义是什么呢?



计算圆周率的意义

关于计算圆周率的实际意义,大概有三个。

其一,当计算机出现之后,关于圆周率的计算便都是利用它来进行。一方面,计算机让圆周率的数值越来越精确,另一方面,计算圆周率也为计算机本身带来了益处,即通过这一方式检验计算机本身的精确性与运算速度。为此,有些数学家还特意自己改造计算机来提高它的运行速度。

其次,我们也能在众多计算圆周率的方式中,找到准确而又迅速的最优解。因此,在不断的探索过程中,圆周率也能为当今科学提供一定助力。



当然,先进数学家计算圆周率还有另外一个考量,便是不断超越前者,使其成为自己一生最光荣的事情。

但它还有更深远的作用。虽然已经证实了圆周率是无理数,但人们对于未知的渴求以及奇迹的出现更加期待。如果将来某一天圆周率被算尽,整个数学学科都会因此发生巨大的变动。

曾经利用割圆法来计算圆周率的方式,将会在圆周率穷尽的时刻的被证明圆被切割到一定程度,便是一个多边形,也就是说,世界上并没有真正的圆。



如此继续的话,所有的曲线都能被线条取代,我们所熟知的几何学,将会迎来大洗牌。

除此之外,圆周率的穷尽,也就表明万事万物将会迎来自己的尽头。

一切看似充满希望,却又遥遥无期,大概这便是数学以及圆周率的魅力。



尾声

如今关于圆周率的计算,大概不乏沽名钓誉之徒,希望借此形式来让自己获得更高的声誉;但相信,关于它的探索之中,更多的数学家们是保持着一颗质疑的心,将这一事业进行下去,从而来不断证明自己内心的想法。

数学本就是一个不断证明的学科,数学家们对圆周率的追求,也是一段不断证明的旅程。

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