匪夷所思的事實:圓周率π竟是一個變量!

2020-12-13 物理科普

圓周率π每個人都能背上幾位數,山巔一寺一壺酒(3.14159…),它太重要了,幾乎在數學、物理的每一個角落都能找到。

圓周率π是一個無理數,因此3.14159…小數點後面的數字是無限不循環的,也可以認為它們的出現是「隨機」的。

數學家發現,任何一個數字的組合,總會在3.14159…小數點後面的某一位開始依次出現,其中就包括了你的電話號碼、生日、銀行卡密碼。例如,自然常數e(2.71828)的數字組合271828就開始出現在圓周率小數點後的第33789位。

數學家們通過不懈的努力已經將圓周率算到了小數點後的31.4萬億位,這正印證著250多年前圓周率π被證明是一個無理數,因此那些總是幻想著某一天將圓周率算到盡頭會發生什麼的人,大概要失望了。

圓周率π代表著歐幾裡得空間(平直空間)中圓與直徑的比值,也表示著歐幾裡得空間中三角形的內角和等於180度。

實際上人們已經習慣於歐幾裡得空間的平直性了,總是潛意識地將平直空間作為最接近現實世界本質的模型。

非歐幾何的發展告訴人們,彎曲空間同樣具有與歐幾裡得平直空間一樣的邏輯自洽性,再加上不同形態的非歐幾何數量更多,因此在它發展的早期階段,一些偉大的數學家就深信非歐幾何也許比歐幾裡得幾何更接近於現實世界。

果不其然,天才的愛因斯坦成功地將引力幾何化,以婀娜多姿的黎曼幾何定量地解決了引力問題。這告訴人們,現實宇宙處處存在引力,因此現實宇宙的空間形態一定是非歐幾何而不是歐幾裡得幾何,人們最容易接受的歐幾裡得幾何反而是最不真實的。

這時候你會發現,我們經常念叨的圓周率π,在現實宇宙中也是最不真實的,因為無處不在的引力場總是會通過空間的扭曲使圓周率π發生變化。

例如一張二維的馬鞍面(薯片狀的二維面),會使得圓周長與直徑的比值π增大,同時使三角形的內角和小於180度;一張二維球面,會使得圓周長與直徑的比值π減小,同時使得三角形的內角和大於180度。

而引力的強度,在空間中各點總是可以不相同的,這就意味著現實宇宙空間中的圓周率π在空間各點的數值一般也是不同的。這時,你發現了嗎,圓周率π真的成為了一個變量。

再仔細想想,圓周率π無理數的性質可能也會隨之發生變化,例如π 可以在馬鞍面上變為4,它就是一個正數(有理數);也可以在球面上變為1/2,它則是一個分數。

作者的主頁上有一篇愛因斯坦轉盤的文章,在愛因斯坦轉盤上,圓周率π就是一個隨著轉盤半徑而發生變化的量(參考上圖)。

人們最容易接受的、印象中的量,往往是最不現實的,這就是科學的魅力,也是圓周率作為變量而帶給我們的啟發!

相關焦點

  • 有關圓周率π,你不知道的n個事實
    數學系沒有白色情人節又到了一年一度的白色情人節圓周率日。看到某記推出「3元派」與數學能力測試的活動,超模君也心痒痒想搞個什麼活動,比如模友答對一個問題,就送一個小天親手做的派。。。很有shǐ的feel為了防止模友被小天做的派噁心到,超模君決定自己動手了,精心準備了一頓名為「關於π你所不知道的N個事實」的大餐,下面各位模友可以盡情享用啦!關於π的起源總所周知,圓周率自誕生伊始,便與人類「糾纏」了近4000年。
  • 圓周率π,不得不說的一個數
    圓周率與圓周率的計算+圓周率簡介圓周率π(Ratio of circumference to diameter;Pi)是圓的周長與直徑的比值,一般用希臘字母π表示,是一個在數學及物理學中普遍存在的數學常數。π也等於圓形之面積與半徑平方之比。
  • 「圓」來如此——關於圓周率 π的36 個有趣事實
    換句話說,π 就是把圓的直徑擴張成其周長所需要的倍數。▌3因為人們不可能知道 π 的精確值,所以也永遠無法測量出一個圓的周長或面積的真正數值結果。π 是一個無理數,這意味著它的數字被認為是隨機的順序排列(至今未能證明)。
  • 圓周率π的計算曆程
    作為一個非常重要的常數,圓周率最早是出於解決有關圓的計算問題。僅憑這一點,求出它的儘量準確的近似值,就是一個極其迫切的問題了。事實也是如此,幾千年來作為數學家們的奮鬥目標,古今中外一代一代的數學家為此獻出了自己的智慧和勞動。回顧歷史,人類對 π 的認識過程,反映了數學和計算技術發展情形的一個側面。 π 的研究,在一定程度上反映這個地區或時代的數學水平。
  • 用Scratch來計算圓周率π,小朋友也能懂
    之前電腦報刊登了一篇用VB計算圓周率π值的文章。使用了π/4=1-1/3+1/5+…+1/i,計算π的近似值,i值越大精度越高。這種算法不夠直觀,其實不太容易理解。我另外選了兩種計算π的算法:蒙特卡羅方法和直接測量法,並用Scratch編程來計算圓周率,這樣小朋友都能很容易理解圓周率的定義和計算了。
  • 圓周率π的故事
    在遠古時期,人們就知道圓周長P與直徑D的比值是不變的,即不論圓多大,比值P/D不變(叫圓周率).英國語言學家威廉·瓊斯(William Jones,1746—1794)於1706年第一個採用π表示圓周率.π在很多數學公式中出現,如圓周長、圓面積、球體積、橢圓面積A=πab等.π究竟是多少?
  • 為什麼說使用圓周率π可能是一個巨大的錯誤?
    今天是3月14日,這是一年一度的圓周率日,世界各地的數學愛好者都會慶祝這一特別的節日。但也有數學家對此潑冷水,他認為用3.141592653…作為圓周率(π)或許是個巨大的錯誤。這可能會讓那些記住了7萬位圓周率小數位的人(目前只有兩人能夠做到)感到詫異,他們或許會最早站出來反對這樣的事情。當然,這並不是說圓周率的具體數值算錯了,也不是說圓周率不是無理數和超越數。根據猶他谷大學數學系系主任Bob Palais教授,應該用2π(記作τ)來作為圓周率更合適。
  • 圓周率π是如何計算得到的
    圓周率是很多人在小學階段就接觸的一個數,關於它的知識可以從小學一直貫穿到無窮盡。
  • 愛折騰的無理數-圓周率π
    圓周率位數很多,有個聰明的學生就想出了一個辦法,把圓周率編成打油詩來背誦:那「山巔一寺一壺酒,爾樂苦煞吾,把酒吃;酒殺爾殺不死,樂爾樂」這下圓周率就好背多了。聰明的你看出來那是什麼意思了嗎?其實那首打油詩就是圓周率數值3.141592653589793238466…的諧音。那個聰明的學生用這個諧音編成打油詩,來諷刺先生的。看來圓周率的作用還是挺多的。
  • 追尋蘊藏在圓周率 π 之中的無限美麗
    人類到底應該停下來研究 π 的其他性質,還是應該繼續探究一個 π 的更精確的值?還是假定 π=3.14 就足夠了?要知道用 40 位的 π 來計算銀河系的周長,而誤差還不到一個質子的直徑。有成百上千的數學家多年來一直在試圖找出圓周率的更多數字。這就像試圖到達月球,然後目標就是到達下一個火星,以此類推……但為什麼?
  • 走進圓周率,π這個神秘數字,或許隱藏著一個終極密碼
    圓周率用π表示,是一個常數(約等於3.141592654),是代表圓周長和直徑的比值。我們上學的時候,都知道它是一個無理數,也就是無限不循環的小數。在日常生活中,通常都用3.14代表圓周率去進行近似計算。而用十位小數3.141592654便足以應付一般計算。
  • 3.14圓周率日丨有關圓周率π,你不知道的3個秘密
    在學霸眼裡,π是一個神奇的數字,不管一個圓多大多小,它的周長和直徑之比總是π。這是一個無限不循環小數,他們可以流利背出小數點後的幾十位,甚至幾百位。在李安的電影《少年派的奇幻漂流》裡,主人公為了向老師和學生說明自己的名字——π(Pi),在黑板上默寫出了數千位的圓周率小數點位數。通過這件事情,他讓整個學校的師生記住了他的名字。
  • 小學數學 | 【數學文化】π 圓周率的歷史
    圓的周長與直徑之比是一個常數,人們稱之為圓周率,通常用希臘字母π表示。1706年,英國人瓊斯首次用π代表圓周率,他的符號並未立刻被採用。
  • 學了這麼多年數學,什麼是π?不是圓周率!
    π是希臘字母,用於表示最廣為人知的數學常數——圓周率根據定義,圓周率是圓周長與其直徑之比換句話說,π=周長除以直徑(π= c / d)這個數字大約等於3.14,但實際上要複雜得多π的表示π是無理數,這意味著它是一個不能用分數表示的實數圓周率是數學家們所稱的「無限小數」當開始學習數學的時候
  • 2021年中考數學知識點:圓周率—π
    中考網整理了關於2021年中考數學知識點:圓周率—π,希望對同學們有所幫助,僅供參考。   圓周率—π   ▲什麼是圓周率?   圓周率是一個常數,是代表圓周和直徑的比例。它是一個無理數,即是一個無限不循環小數。
  • 「π」會不會被算盡?數學家:圓周率算盡就完蛋了!
    我們普通人知道的π當然與數學家研究的π不一樣,在數學家眼裡,π不是3.14,而是3.141592653……對於數學家來說,π是一個挑戰、一個難關、一個課題,一切都因為它是個無理數,也就是無限不循環小數,如果光拿紙和筆計算
  • 3·14圓周率日丨π,一個神奇的無限不循環小數……
    圓周率π是我們從小學起就非常熟悉的數字,代表了一個圓的周長與它的直徑之比。眾所周知,圓周率自誕生伊始,便與人類「糾纏」了近4000年。而π,在希臘字母中排行第16位,是希臘語περιφρεια(邊界、圓周之意)的首字母。
  • 傳奇數學家用圓周率π破案 π究竟牛B在哪裡?
    圓周率π是一個非常神奇的數字,它定義為圓形之周長與直徑之比,也是圓形之面積與半徑平方之比。它可能是世界上最具傳奇色彩的無限不循環小數,不僅是眾多數學物理公式的關鍵要素,也曾幫助數學家破獲驚天殺人案,π到底有多牛B?
  • 3月14日:圓周率日淺說 π
    3月14日,一年一度的圓周率日來臨,這一天也稱為π節(英語π day)。有些人也許在下午1時59分慶祝,以象徵圓周率π的六位近似值3.14159,有的甚至精確到26秒,以象徵圓周率的八位近似值3.1415926;有的以24小時計時在凌晨1時59分或者下午3時9分(15時9分)慶祝。值此今年不同尋常的圓周率π日之際,選個時刻,好好地祝福自己、祝福親友:一「派」安康、一「派」吉祥。這裡用圖文最簡單、最通俗地說一說 π 的基本常識 。
  • 圓周率π的計算曆程及各種腦洞大開的估計方法
    作為一個非常重要的常數,圓周率最早是出於解決有關圓的計算問題。僅憑這一點,求出它的儘量準確的近似值,就是一個極其迫切的問題了。回顧歷史,人類對 π 的認識過程,反映了數學和計算技術發展情形的一個側面。 π 的研究,在一定程度上反映這個地區或時代的數學水平。為求得圓周率的值,人類走過了漫長而曲折的道路,它的歷史是饒有趣味的。我們可以將這一計算曆程分為幾個階段。