無理數是高維空間的數字嗎?

2021-03-01 人物圖書館

無理數可能是高維世界的數字。

在高維世界裡,無理數是非常簡單的,它之所以無限不循環,只是低緯世界的一個錯覺。下面是推理過程,這種理論是正確的嗎?

 

我們以√2為例,它是:1.414213562373095048801688724209698078569……

在歷史上,曾經有過因為無理數而發生的流血事件,公元前500年,就有個叫希伯索斯的倒黴蛋發現了無理數,因為畢達哥拉斯學派的迫害,而流亡他鄉。

就算這樣還沒完,最後在海上,他被派去的追殺者,扔到海裡殺害了。

 

為什麼數學上一定要有無理數呢?

中國數學家很自然地接受了無理數。

劉徽說出了無理數的本質,√2的實際意義很簡單,它表示邊長為1的正方形對角線的長度。

 

在一根數軸上,無論怎麼標,你都無法標出√2。

但在二維平面上,√2是非常自然而然的一個數字,只要x軸上長度為1,y軸長度為1,連接兩點,√2就出現了。

 

在二維平面上我們可以很優美地表達√2,√2其實就是向量(1,1)的長度。

但是我們把這個二維數字,硬生生地旋轉,壓縮到一維平面上,無理數產生了。

以此類推,量子的不確定性,就是因為量子本身的世界是高維世界,但人類是在低緯世界觀察,類似產生了無理數效果。

 

想像一下,假如有個外星文明,他們的數學最初就是建立在二維平面上的數學,他們根本沒有一維的數軸,他們理解無理數就更簡單了,也許他們最小數就是(0,0),下一個數就是(1,0)或者(1,1)……

這裡只是打個比方,也許他們用一個奇怪的字母比如ξ來表示二維空間的(0,0)。

 

如果一個高等文明一開始就是以二維空間數學作為基礎,應該科技發展會比我們發展更快,它們看待一維數軸就像我們看待0維的點一樣毫無意義。

 

同樣我們發現:開三次方意義存在於立體圖形中,它必須在三維坐標系中才有意義,開四次方那就代表四維空間的圖形計算方式。

開5次方和5次冪的意義就必須在5維空間才有意義。

數學運算法則竟然和高維空間有著密不可分的關係。

 

再舉一個例子,比如,單獨數軸上標一個π是沒有任何意義的。

他只有在幾何圖形圓存在的情況下才有意義。

而且因為它是超越數,π不是任何代數方程的根(π不能是方程的係數),所以你也無法通過建立函數的方式在數軸上標出來。

在數軸上標出π的唯一方法就是,把一個直徑為1的圓,周長展開鋪在數軸上。

如果沒有圓形,人類數學中永遠不會有π這個數字存在。

 

還有一個理解方式:有理數可以看成是某個一元一次方程的根,也就是一元一次函數與軸的交點,這個函數是直線。

開平方數都可以表示成一元二次方程的根,也就是曲線與X軸的交點。

以數學的角度來看,曲線顯然是2維的。

所以,有理數是一維的直線上的點,開平方數是二維曲線上的點。

而像超越數π,不是任何代數方程的根,就更神秘。

 

高維空間中的很完美優雅的數字,投影到低維空間裡,竟然像一隻飄忽不定的幽靈。

假如有低維的生物,看到√2,它們會永遠無法理解這個神奇的永遠沒有盡頭的幽靈數字有什麼意義,而在我們看來卻很簡單。

我們人類去想像四維、五維空間,更是難於上青天。

 

但毫無疑問,如果存在高維生物的話,他們看待高維空間同樣是優美的,那是一個美妙和諧的世界,無理數在他們眼中同樣簡潔優美。

我們把那些高維生物稱作是神。

相關焦點

  • 高維空間可能真的存在,科學家發現了一些高維空間的疑似證據
    以目前我們對宇宙的認知來看,宇宙是一個四維時空,它是由三維空間以及單獨的時間維度所構成。隨著對宇宙的研究逐步深入,人們發現了宇宙遠比想像中的複雜,於是越來越多的人都在開始懷疑,在宇宙中除了我們熟悉的三維空間以外,還存在著其他未知的空間,因此,科學家們提出了一些有關高維空間的理論。
  • 走進高維空間——概率論與高維空間的深層次聯繫
    歡迎來到高維繫列的第四部分,在這裡我們將探索高維空間中一些奇怪而又令人匪夷所思的現象。開始之前,我們一起複習一下前三個部分的一些重要結論:第一部分,我們得出,在無限維空間中球體的體積都集中在邊界上,我們只能知道這個結論,但是無法想像!走進高維空間——體驗難以置信的感覺第二部分的結論是,在高維空間中,內切於求內的立方體不完全在球體以內。
  • 高維空間存在嗎?為何我們無法想像高維空間的樣子?
    我們的三維空間,可以理解成由上下、左右、前後三個維度組成,在相對論中,時間被描述成第四維,利用光速的不變性,三維空間與一維時間共同組成了四維時空,也就是閔可夫斯基空間,只不過時間在公式中成了虛數。在某些科學理論中,有對高維空間的描述和解釋,比如我國著名數學家丘成桐,就證明了六個維度的卡拉比-丘成桐空間在數學上的存在性,我們無法直接想像這個六維空間,但是計算機可以模擬出卡拉比-丘成桐空間在三維空間中的某個投影,如下圖:利用類比的方法,立方體在平面上的投影是平面圖形,立方體包含的信息量遠遠高於投影的平面圖形
  • 黎曼幾何證明了高維空間的存在,高維空間是否會存在另一種生命?
    那麼,既然二維生物看我們覺得高不可攀,那麼,四維空間的生物看我們又是什麼樣子的呢?因為目前人類的科技發展水平還不足以掌握高維空間裡的結構,所以,關於高維空間裡的生命體究竟是什麼樣子我們也無法知曉。那麼,維度這個概念由何而來呢?
  • π真的是一個無理數嗎?
    自從小學接觸圓以來,π就成為我們數學學習中一個重要的數字。我們都知道,圓的周長和直徑的比是π,也知道圓的面積也與π有關。但與此同時,π又是一個有些神秘的數字,它無法用一個分數表達出來,且尾數無窮無盡。漸漸地,隨著我們對數學更深入的學習,我們知道了π和e與根號2一樣,是無理數大家庭中的一員。然而我們應該如何嚴謹地證明π是無理數呢?
  • 無理數的出現導致了數學危機?或許無理數比我們想像的重要!
    數學簡單地說,數學是研究數量、結構、變化、空間以及信息等概念的一門學科事實上,數學的發展並不是一帆風順的,數學歷史上一共經歷了三次巨大的危機,一度動搖了數學的根基,其中無理數的出現就是其中之一。我們知道,數字可以簡單分為有理數和無理數,其中整數和分數統稱為有理數,而無限不循環小數和開根開不盡的數字被稱為無理數!古人認為,數字的存在通向著世界的本質,而世界是完美無瑕的,因此數字也是完美無瑕的。
  • 無理數與數學危機
    就像數字分為有理數和無理數一樣,這是數字的一級分類,可以將有理數和無理數進行二級分類,比如:有理數分為正整數、負整數、「除的尺」的分數;無理數分為尾數無限可循環和尾數無限不可循環的兩種。有理數和無理數在科學哲學互補原理的基礎上形成了「數字大家族」。數字除了有理數和無理數的劃分以外,還存在偶數和奇數的劃分等,有理數和無理數與偶數和奇數的劃分符合科學哲學類型論的等效原理。
  • 高維看世界:3和4之間存在另一個整數,找到它就能打開高維空間?
    看到網上的推薦,觀看了電影《隱藏的數字》,講的內容是:瘋瘋癲癲的天才數學家發現3和4之間,還存在另外一個整數,證明並找到它,就能開啟高維空間的大門。帶著探索隱秘維度的心理看完了這部短片,然後竟然也著魔似的開始想這個數字是什麼?不妨從虛數說起。
  • 高維空間感
    語音筆記:語音原文:       在《三體3》的原著當中,開篇便描述了君士坦丁堡陷落的往事,其中,首位登場的女主人公狄奧倫娜曾是第一位接觸到高維空間碎片的人類關於高維空間的概念在第一部作品講到二維質子展開的時候,我們就有提及,那部分筆記集中在去年12月20日以前的語音中,有興趣的朋友可以去回顧一下。    當時我們提過,科學界認為我們的宇宙其實有十一個維度,除了我們所身處的三維宏觀世界之外,在微觀世界當中還有8個維度。而在三體3當中所說的高維,主要是指四維空間。其形態類似我們在《星際穿越》電影中看到的空間感。
  • 無理數的「謀殺案」
    無理數怎麼和謀殺案扯到一起去了呢?這件事還要從公元前6世紀的古希臘畢達哥拉斯學派說起……畢達哥拉斯學派的創始人是著名數學家畢達哥拉斯。小編有話說讀者朋友們,你知道為什麼找不出m這個分數嗎?其實,我們用「反證法」來推導一下就明白了。我們先假定m是一個分數,即m=A/B其中A和B是互素的整數,也就是它們之間不能再約分。
  • 漫談黎曼幾何,揭秘高維空間的數學骨架,遠比你想的簡單.
    以下是付費內容面對這個選題,本就身體虛弱的黎曼一度抑鬱到了神經衰弱,因為他要建立的是一套挑戰歐幾裡得幾何的高維空間理論,當時稱為空間-流形。黎曼要麼被陳舊的認知壁壘所阻,受社會排擠;要麼開啟全世界數學家的認知突圍,開創一個新的空間觀。這樣的壓力可想而知。
  • 我們所說的神,會不會是高維空間的高級生物?科學能解釋神學嗎?
    自從科學上有了高維的概念,人們就各種腦洞,比如這個:我們所說的神,會不會其實是高維空間的高級生物?在遠古時候,人類就有各種關於「神」的傳說,他們上天入地無所不能,在我國古代,很多的神其實都是有人時候被神化的,除了創世部分。而在西方,有古希臘的神話,那個神的世界其實與人間無異。
  • 藍少科學:通過二維空間的螞蟻,如何理解更高的高維空間
    今天我們來講講怎麼去理解高維空間,我們知道,在我們的宇宙當中,80%以上的物質都是看不見摸不著的暗物質,如果我用暗物質做成一堵牆,你是可以輕鬆地、視而不見地從這堵牆裡面穿過去,但是我們又確確實實可以感受到暗物質在提供引力,否則的我們不會看到光線通過一片空白的區域,平白無故地發生偏折
  • 困擾數學家近80年的無理數難題被證明了-虎嗅網
    有理數是簡單的數,用來計數的數以及所有能寫成分數的數字都是有理數。但實際上,在數字的王國中,我們熟悉的有理數是少數的存在,絕大多數都是無理數。無理數是那些沒有盡頭、可以永無止盡地持續下去的數字,比如π、√2等等,它們不能被寫成分數,無處不在卻又難以捉摸。如果我們不能簡單、準確地表述無理數,那麼我們可以如何近似?
  • 弦理論:空間有11維度?三維之上真的存在高維嗎?
    相比物理學中高維度的複雜與晦澀,科幻作家筆下的高維空間好像更容易讓人理解並接受。教科書下的弦理論一大堆的公式與微觀粒子預測實在讓普通人望而卻步,引力子,磁單極子的導出更是讓普通人絕望。這裡我們談一個科幻世界裡的高維空間描述幫助大家理解,但是只是幫助理解,科幻不是科學,大家不可完全當真。
  • 人類能進入高維空間嗎?會發生什麼事?能感受空間全貌嗎?
    人類能進入高維空間嗎?會發生什麼事?能感受空間全貌嗎?我們生活的世界其實沒有我們想像的那麼簡單,它可能有著多種維度,而我們生活的只是三維的空間,而對其他的空間一無所知。二維空間許多人可能都聽說過一維和二維空間,但是如果它們真實存在,是什麼樣子的?我們知道的只是它們的表面現象而已,而並不熟悉他們內部到底是如何。假如真的存在二維空間,那裡會有生命嗎?
  • 黑洞內部是另一個「宇宙」,也可能是連接高維空間的通道
    可能是另一個宇宙,也可能連接著高維空間。黑洞的照片被公開之後,相信不少人都有了一個疑惑:黑洞不是看不見嗎?照片是怎麼拍出來的?黑洞可能是連接著高維空間的通道。空間扭曲再加上黑洞的特性,使得黑洞內部形成了超幾何結構,霍金就是此種觀點的主要支持者。超幾何結構一形成,黑洞內部的空間結構和時間維度都會發生改變,結果就是打通了通往高維空間的通道。我們現在是生活在三維空間中,高維空間是理論中的存在。高維空間有著多個平行空間和時間維度,可以自由地往前或者後退,通俗點說就是時空穿梭。
  • 高維空間是什麼樣——一維到九維!
    拿球思想實驗給了我們關於高維空間的一些啟發。那麼,要是所有的平行宇宙中箱子都是密閉的,那該怎麼辦呢?-2- 時間的多維性我們都生活在四維空間中,也就是三維空間疊加上一維時間,可以肯定的是世界不止這些維度,必然有更高維度的存在。
  • 「黎曼幾何」證明了高維空間的存在,高維空間的生物長什麼樣子?
    但隨著人類對空間維度的思考,歐幾裡得幾何似乎不適合高維度空間的探索,因此黎曼提出了「黎曼幾何」,該理論在數學上證明了高維空間是存在的,那麼是否也存在高維生物呢?在中學的數學課本中我們曾經認識一位古希臘的數學家,他被譽為「幾何之父」,他就是歐幾裡得。他所撰寫的《幾何原本》被認為是歐洲數學發展的基礎,我們在數學課本上學到的關於圓錐曲線的內容幾乎都是他提出來的。
  • 英科學家:對撞機重啟或揭示高維空間
    原標題:英科學家:對撞機重啟或揭示高維空間  新華網倫敦4月8日電(記者張家偉)在兩年的停機維護和升級後,歐洲大型強子對撞機已正式重啟。參與這一項目的英國科學家說,在對撞機第二階段運行中,所得結果也許會揭示宇宙中可能存在的高維空間。