為何很多和圓無關的公式都含有π?答案的盡頭,有宇宙的奧秘

2020-12-10 華箋流香

圓的周長和直徑的比值,就是我們熟悉的圓周率π。π是一個無理數,也是一個重要的常數。在許多數學公式甚至是物理公式中,雖然表面上看起來和圓沒有關係,都含有π這個參數。

下面這個公式是廣義相對論的場方程,其中一項就含有圓周率。

根據圓的定義,與圓心的距離相等的那些點構成了圓周上的點的集合。

》圓裡面蘊含著對稱性!而對稱性是世界存在的最基本形式。

地球上的高等動物全部都是左右對稱的。宇宙中的天體絕大多數都是球對稱的。地球由於自身轉動的原因,所以在赤道部位比較突出。即便如此,地球與一個標準球體的差距,只有1/10000。本星系的母恆星太陽,它與標準球體的差距只有1/10萬。

加拿大安大略省的物理研究所的名字就叫做圓周理論物理研究所。

》這背後更深刻的哲學意義,是一個觀察者環顧周圍,看到的物質的運動規律是相同的。

在地球上做物理實驗,和在月球上做物理實驗,得到的規律是相同的。離地球最近的系外恆星是4.2光年之外的比鄰星,圍繞著比鄰星運動的有一顆類地的巖石行星,比鄰星B。而比鄰星B恰巧位於比鄰星的宜居帶上。如果那裡存在著外星人,他們發現的物理運動規律和地球上的人類發現的會完全一致。

雖然對於世界運動規律的本質性,波爾的觀點和愛因斯坦的觀點是不同的。波爾認為人類只能觀測到物理的現象,人類的物理是物理現象的規律。而愛因斯坦則認為物理學是要反映物質世界的本質運動規律。

但是,所有的科學家在一個問題上的認識是相同的:宇宙之間的運動規律,在任意地方都具有相同性。

如果這一性質不存在,世界就會無規律運作,物質的運動軌跡就無法把握,宇宙就會崩潰。

》圓周中所蘊含的對稱性法則,是比相對論更基本的物理運動規律。

為什麼會有能量守恆?因為空間具有平移對稱性!為什麼會有動量守恆?因為空間具有旋轉對稱性。

狹義相對論經過一個局域的對稱性變換,就可以得到廣義相對論,這被稱為廣義相對論的純數學推導。受到了啟發的楊振寧,把麥克斯韋方程的張量形式(麥克斯韋方程的張量形式是2個方程)經過局域對稱性變換,推導出楊米爾斯方程,成為了量子力學規範場論的基礎。

這種守恆性和對稱性的關聯,是一位了不起的女科學家~艾米諾特發現的,被稱為諾特定律。

》一個圓或者是球體,蘊含著所有的對稱性。對稱性和對稱性的破缺,決定了我們這個世界的存在與變化。

先有對稱性,然後才會出現對稱性破缺。萬物的質量起源,就是希格斯玻色子自發性的對稱性破缺而產生。

我們可以說,世界在圓和圓的缺陷中誕生。

我們在廚房裡做一盤子菜,端進餐廳裡的時候,不會有任何變化。一個人坐高鐵從上海到北京,這個人也不會變化。這就是所謂的連續性。

19世紀,有一位偉大的挪威數學家叫索斯福.李,他用純數學的方式描述了這種連續性的變換,被稱為李群。後來物理學家們發現,幾乎所有的物理學規律都和李群相關。

如果我們把從廚房到餐廳的過程,從上海到北京的過程稱為一個變換,那麼物理學的規律就可以用形象的語言表示成:一個人從上海到北京,人性質的不變性。

》一個人站在一個圓環中心點處,看周圍所有的圓弧段,性質都是不變的,不管距離遠近。

物理的運動規律就是在某種變換中展現出了性質的不變性,所以,這個世界才是可以被認識和把握的。

牛頓運動定律描述的是,物質的運動規律在伽利略變換下,運動規律的不變性。狹義相對論描述的是,物質的運動規律,在羅倫茲變換下,運動規律的不變性。廣義相對論描述的是,物質的運動規律在一切坐標系下,運動規律的不變性。

無論現象多麼複雜,萬物的運動規律永恆不變,這種不變性,就是為什麼很多和圓無關的公式,都含有π的原因。

相關焦點

  • π可以計算嗎?如果你計算一下會怎麼樣?或者揭開宇宙的面紗奧秘
    π是一個非常常見的數學常數,因為我們周圍都有圓圈,Pi是用來計算圓的常數,Pi用「π」表示,其近似值為3.1415926,然而我們通常用3.14來表示圓周率,在計算圓時也會用到,根據人類構造的數學系統,計算出PI是一個無理數,無理數是一組數字,在一個數值的小數點後有無限個數,由於Pi
  • 人類四千年前發現了圓周率,π中到底隱藏著什麼?或揭開宇宙奧秘
    早在公元之前,人類就發現了一個神奇的數字,那就是圓周率π。Π是在數學和物理學中普遍存在的一個常數,是計算圓的面積和周長必不可缺的一個常數。為什麼說π是一個神奇的數字呢?首先,π是一個無限不循環小數,它是一個永遠算不盡的數字。
  • 圓周率π數字背後隱藏的秘密,遠沒有你想的那麼簡單!
    而為何人類要對一個數值執著幾千年的時間呢?早在公元前二十世紀,就有人類發現了一個神奇的數字,那就是π,那時候的人類只能將π的數值精確計算到好後一位。之後人類並沒有放棄圓周率的計算,並且開始嘗試用各種各樣的辦法,終於在公元480年,我國的祖衝之將圓周率計算到了後面七位。
  • 圓周率中或許蘊藏宇宙奧秘,破解後,人類將進入更高級文明!
    圓周率中或許蘊藏宇宙奧秘,破解後,人類將進入更高級文明!小學時候關於圓的周長和圓的面積的運算應該是最讓人頭疼的一點了吧,通常這些公式會記得非常的凌亂,而要說計算圓的公式當中必不可少的就是一個常用的字母π,π雖然是一個常數,但是它是無限循環的,所以在通常的使用中只取3.14,不知道往後背的話你能背到哪裡了小編只能夠說到3.1415926,往下就不知道了。
  • 圓周率π已被計算到了31.4萬億位,繼續計算下去有何意義?
    說到圓周率π,相信大多數人想到的就是可以用來計算圓的周長和面積,是數學及物理學中存在的數學常數。通俗意義上來理解圓周率,它就是圓的周長與直徑的比值或者圓面積與半徑平方的比值。圓周率π作為一個無理數(無線不循環小數),在日常實際生活中,通常只用到近似值3.14進行計算,只有科學家們為了精確計算才會用到十位小數,甚至幾百位小數進行精確精算。在中國的古代,人們從實踐中就知道圓的周長是「圓徑一而周三有餘」,意思是說圓直徑的三倍多等於圓的周長,三倍多要多多少,成了一個非常難的研究課題。
  • 很多人說,π包含了宇宙中的所有奧秘,你信嗎?
    圓周率π是一個無限不循環小數,無窮無盡,包括所有的組合,因此很多人認為π包含了所有的宇宙奧秘,π真的有這麼神奇嗎?其中一種反駁觀點:π是無限不循環小數,所以不包含無限循環小數。實際上,π可以包含無限循環小數,比如3.14……99……9955……55……。這個無限不循環小數包含無限循環的9和無限循環的5,因為在無限中還可以有無數個無限。π無窮無盡,理論上包含所有數字組合,如何把數字轉化為信息,豈不是包含了宇宙中的所有奧秘?
  • π的視覺錯,不用微積分改用洋蔥和千層餅來說明圓的面積公式
    π的視覺錯一個有意思的發現:你周圍一定能找到一個喝水的大玻璃杯,憑著眼睛的觀察,可以判斷出玻璃杯的高度和周長哪個更長一些麼?不少人和我一樣,都直覺地會認為高度大於周長。這是一個有趣的π欺騙了人眼睛的事實。有朋友還是心存疑慮,那麼可以找把軟尺進行測量你說沒有尺子,那你伸出中指(別想歪了,我沒有那麼壞和無聊)和拇指,測一下杯子直徑。一般來講杯子的高度不到直徑的3倍。
  • 圓周率已被算到31.4萬億位,科學家為何如此執著?專家告訴你真相
    隨著人類科技文明的發展,人們在對未知領域探索上也取得了相應的成果,這個世界的萬物都是必然性的,所以掌握了一些領域方面的技巧,就能夠創造出更多的新領域,這其中就要提起人類對數據結構形成的圓周率了,這是一種被科學認定為是算不盡的「代名詞」,更是人類對未知領域探索的一種永不止步的精神力量。
  • 為什麼與圓無關的公式中會有圓周率?
    圓周率π是圓的周長和直徑的比值,這是一個不變的常數。雖然圓周率起源於圓,但它卻出現在很多與圓不著邊際的公式中,比如下面幾個公式:就連愛因斯坦的廣義相對論中也有出現圓周率:廣義相對論是描述引力的理論,宇宙中的引力現象都在廣義相對論的預言之中。那麼,這是否意味著圓周率與宇宙有聯繫呢?粒子的熱運動是無規則的,但它們組成的世界是有序的。
  • 「消失的π」和「神奇的圓」——寫在3月14日國際圓周率日的前一天
    並且很多小夥伴們都能夠背出一些來,即3.14159265358979323846……,但是接下來我要說的這些可能你就未必知道了。當前國際上有一個「國際圓周率日」,是由麻省理工學院首先發起了將3月14日定為「國際圓周率日」的倡議,直到2009年3月11日,美國眾議院終於正式通過一項無約束力決議,將每年的3月14日定為「π day」。這不,2020年的「π day」就要來到了!
  • 歐拉公式的偉大之處在於整合了圓周率π和自然常數e
    如果讓我選一個世界上最偉大的數學公式,我一定會遠歐拉公式e^(πi)+1=0,無論物理還是數學,歐拉公式都如影隨形。歐拉把數學裡面最基本的五個常數用最簡單的方式整個在了一起。公元前20世紀古巴比倫人已經粗略得知π等於25/8=3.125,古埃及人得出(16/9)∧2=3.160,這些計算都是純粹的尺規丈量然後計算,其精確度非常低,之後經過兩千年的發展,π值的算法一直沒有大的進展。直到魏晉時期的劉徽首創割圓術:「割之彌細,所失彌少,割之又割,以至於不可割,則與圓合體,而無所失矣。」
  • 最美最神奇的數學常數:π——包含在宇宙的每一個角落
    在那之後,他不斷地增加多邊形的面數,他畫的是圓內和圓外的面。每當他這樣做時,他的估計就越來越準確。阿基米德得到了一個96邊的正多邊形,直到他筋疲力盡。他發現π的上限和下限分別是3.1408和3.1429。阿基米德的方法需要改進,因為他的壽命不夠長,無法手工找到圓周率的其他數字。數學家需要發現更有效的公式和新技術。
  • π與最美的數學公式
    Pi Day(3.14)剛剛過去,我們也奉上一篇和Pi有關的譯作《π與最美的數學公式》,展示科學最單純的美。據說文章每多一個方程,讀者就會減少一半,不過小編很自信,因為下面列舉的都是最美的。--小編Z今天我想談談π和數學意義上的的美。要談論這個,還有比十八世紀著名的歐拉公式更好的例子嗎?
  • π為什麼能和宇宙有什麼關係麼?
    之所以和宇宙聯繫來,說白了,就是和物理定律聯繫了起來。我們都知道描述宇宙的其實就是各種各樣的物理學定律。那為什麼π會和物理學定律扯上關係呢?這就要從現代科學的起點說起,物理學說白了就是一門研究物質運動以及物質基本機構的學科。牛頓在他的著作《自然哲學的數學原理》中曾經對多個概念下了準確的定義。
  • 追尋蘊藏在圓周率 π 之中的無限美麗
    見如此場景,芬奇先生自己給出了答案,他說:「π 是圓的周長與直徑之比,3.141592635 僅僅只是這個比值的前幾位,它本身是一個無限不循環小數,小數點後有無限個數位,並且永不重複;你的出生日期,儲物櫃的密碼,你的社會保險號碼等等都在這個數字串的某一處。
  • 「數學英雄」歐拉的天才之作—歐拉公式,為啥被稱為宇宙第一公式?
    我們宇宙誕生於138億年前的一次暴漲,那麼138億年前發生了什麼事?或許在我們宇宙誕生之前,宇宙就經歷了無數次的暴漲和收縮,宇宙未來也會坍縮為奇點,期間充滿著無數可能,但是最終都會歸於終點。
  • 「數學英雄」歐拉的天才之作—歐拉公式,為啥被稱宇宙第一公式?
    歐拉公式對於學習數學的人來說都不會陌生,他被數學家們稱為「最美公式」、「上帝創造的公式」,甚至還有人說它是宇宙第一公式。這個公式不僅蘊含著數學思想,並且還包含了宇宙的哲理,歐拉將最基本的五個常數組在一起,卻形成了如此優美的公式。它可能是讓高中生甚至大學生最為頭疼的,但是它是每個數學領域的財富。
  • 圓周率有可能是宇宙密碼,如果能將其算盡,宇宙可能將不再有秘密
    可能很多人覺得,人類在走進科技時代之後,在數學的研究探索上才真正走上光輝道路。那麼事實真的如此嗎?當然不是,事實上,早在4500年前,瑪雅文明對於數學已經開始探索研究,取得了不菲的成果。數學這門學問中,是由許多的公式和數字組成的,這是研究數學的核心,一個公式有可能就包含著偉大的科學至理。
  • 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。
  • 一周解決一個數學問題:圓和扇形的周長與面積
    1孩子們剛學到圓,自己把這個單元的知識重難點和課外拓展,做個分析。