曾經有這麼一個故事,有一個國王為了獎勵西洋棋的發明者,於是承諾給他實現一個願望,那位發明者說想要一些麥子,只是要把麥子擺滿整個棋盤上,第一個格子放一顆,第二個放兩顆,第三個放四顆,依次類推,直至放滿整個64個格子棋盤,國王很快就答應了這個看起來非常「簡單」的願望,但是當他去執行的時候才發現,即使吧整個國家的糧食全部拿來也無法填滿這個棋盤。
從這個故事便能引申到我們今天的主角——指數,指數級的增長是非常迅速的,甚至可以將其稱為「爆炸式增長」。而如果我們將紙不斷進行對摺,那麼它的厚度同樣也是呈指數級增長。
我們先簡單列舉紙張對摺多次的情況
我們以A4紙為例進行計算,一張A4紙的厚度通常在0.1mm左右,如果我們
摺疊1次就是0.2mm
折2次0.4mm 折3次0.8mm 折4次1.6mm 折5次3.2mm
折6次6.4mm 折7次12.8mm 折8次25.6mm 折9次51.2mm
折10次102.4mm 折11次204.8mm 折12次409.6mm 折13次819.2mm
折14次1638.4mm 折15次3276.8mm 折16次6553.6mm 折17次13107.2mm
折18次26214.4mm 折19次52428.8mm 折20次104857.6mm 折21次209715.2mm
…
摺疊21次就將達到209m,也就是一個小山坡的高度,而這只是一個開始,由於基數越來越大,後面的增長將會變得越來越快,當摺疊達到27次時,將會達到一萬多米,比目前世界最高峰珠穆朗瑪峰也高了不少,而當對摺到36次時,厚度將超過地球半徑。
對摺42次,厚度可超過地月之間的距離38萬千米。
而後面的數字也將會越來越大,我就不一一在這裡列舉了,如果還想了解更多,你可以參考下面這張表中的數據。
目前我們所觀測的宇宙直徑為930億光年,通過計算我們可以得到紙張摺疊103次便可以達到一千多億光年,將超過已知的宇宙直徑,摺疊105次則相當於四個多宇宙的直徑,從以上數據來看,一張紙摺疊105次,宇宙的確是放不下的。
以上的分析純屬建立在理論的基礎上,實際上目前世界上摺紙次數最多的紀錄也僅為13次
為什麼摺紙次數不能足夠多?這其中就涉及到兩個原因,一個是摺疊後會使紙的面積越來越小,另一個就是紙張摺疊會產生張力導致無法摺疊。
由於紙張不斷對摺,每次對摺則會將紙面的面積變為原來的一半,而這個面積同樣也是以指數級的速度減少,所以當摺疊次數越來越多時,面積將越來越小,最後結果就是變得太小了,折不動。
另一方面,當我們進行對摺時,由於紙張的厚度越來越大,紙張內外的彎曲半徑不一樣,外層紙張由於彎曲半徑更大,所以會被拉扯,並且厚度越大,外層被拉扯的程度越大,於是外部紙張會產生張力,而這會導致我們很難摺疊下去,如果我們使用蠻力進行強制摺疊,則會導致外部分的紙張直接被撕裂,這也是我們無法多次摺疊的一個最重要原因。
雖然說目前最高的紀錄是摺疊13次,但即使是為了摺疊這13次,該團隊使用的紙張也竟長達4公裡,可想而知,如果就算是摺疊二十三十次,那結果也就是紙張直接變成一團紙球,根本無法摺疊。
總結
從理論出發,一張紙摺疊105次後,厚度將超過宇宙大小是完全沒有問題的,但是如果從實際出發,這完全是天馬行空,並無法真正實行,但通過這個例子也讓我們看見了指數級增長的威力。如果你不信,可以自己用紙嘗試一下。