圓周率能算盡嗎?根據普朗克長度,周長能無限分割嗎?

2020-12-05 宇宙新思維

這個問題很有意思,先說第一個問題的答案:圓周率是算不盡的,並且與幾進位無關。

一,圓周率的來歷及特徵介紹

圓周率π在數學上叫無限不循環小數,又叫無理數,這樣的數有無限個,像我們熟悉的√2、√3、√5等等都是無理數,它們的位數都是無限的。最初是因為圓使我們認識了π,π是圓周長與直徑的比值,這個比值是個除不盡的常數。

圓周長與直徑之比就是圓周率

人們為了得到精確的數值,用不同的方法進行計算,最早在古代人們用割圓術,即作圓的內接多邊形和外接多邊形,然後一直把邊數翻倍,使得邊周長不斷逼近圓周長,以此求得的圓周率的上下限無限接近圓周率的精確值。不要把π看的太神秘,每個無理數的背後都對應著某些幾何圖形,比如說正方形的對角線的長度就是其邊長的√2倍,如果取邊長為1,那對角線的長度就為√2。再比如說60度直角三角形中,60度對的直角邊與另一個直角邊的比值就為√3,等等。這是因為無理數和有理數一樣,是非常普遍的。圓周率π唯一特殊的地方就是它還是一個超越數。所謂超越數就是π不可能是任何整係數多項式的根。圓周率的超越性否定了「化圓為方」這古老尺規作圖問題的可能性,因所有尺規作圖法只能得出代數數,而得不出超越數。這就是我們將要回答的第二個問題涉及的問題。

二,關於第二個問題和數學上的一些特徵

因為圓周率是通過不斷割圓的周長來取得精確值的,但普朗克長度是最小的長度,不能再對它進行分割,那割圓術把圓周長如割到小於普朗克長度時是否也不能再割?

德國科學家普朗克,量子力學創始人之一

普朗克長度是在量子力學中認為的物理現實中最小長度單位,其大小為1.616229(38)x10^-35米,量子力學認為任何小於普朗克長度的距離都是沒有意義的。因此它們認為物質不能無限可分。不過無論物質到底能不能無限可分,在數學上都是能夠無限分下去的。數學上無限的東西太多了,也允許無限的存在,比如說整數是無限的、自然數是無限的、小數是無限的、奇數是無限的等等等等,這麼多的無限是因為數學是對現實的抽象,所謂的點線面體不過是對現實事物的概念化,在數學中一個點可以無限小、一條線由無數個點組成,無數條線組成一個面、這個面無限薄,無限個面組成一個立體,但在現實中是不存在無限小的點、沒有厚度(無限薄)的面,因此數學和現實不是一回事兒。

三,第二個問題的解答

1,那圓的周長在現實中沒法分下去,這是因為:

①,割圓術在實踐上越來越難,幾何法時期早已過去。

自從古希臘的阿基米德開始,到我國公元263年的劉徽,用割圓術到了3072邊形,圓周率精確到小數點後三位,劉徽說「割之彌細,所失彌少,割之又割,以至於不可割,則與圓周合體而無所失矣。」包含了求極限的思想。再到南北朝的祖衝之精確到小數點後7位,

祖衝之

最後直到1610年德國數學家魯道夫計算到小數點後35位止,幾何法越來越難,用不著到普朗克長度,在實踐上也無法操作,每增加一倍邊數,計算量就是以前所有工作的兩倍。

②,普朗克長度的限制。

即使在實踐上能夠操作,但邊長長度真到了普朗克長度,如果真像量子力學認為的,在實踐中沒有小於普朗克長度的東西,到了那時自然也就無法分下去。

③,超越數的特點

數學不但有無限,還有極限,像微積分就是極限的體現,什麼化曲為直、化圓為方、曲直轉化、不變代變,什麼積分是微分的無限積累,還有在割圓術中劉徽的極限思想,這些思想當然都超越了普朗克長度的限制,但是圓周率π卻是個超越數,上面說過圓周率的超越性否定了「化圓為方」這古老尺規作圖問題的可能性,因所有尺規作圖法只能得出代數數,而得不出超越數。也就是說劉徽「化圓為方」的極限思想和他的尺規作圖方法是不適用於無限分割圓周長的。

2,π在數學上的分割或計算根本不理會普朗克長度

前面說過,數學是抽象化的,它才不管什麼普朗克長度限制來。在分割圓求圓周率的問題上,十七世紀以後人們用分析法來求π,一般用無窮級數或無窮連乘積求π,梅欽(英國數學家梅欽1706年推出第一個公式)類公式,五花八門,但這種方法雖然擺脫割圓法的繁複計算,但仍屬人工計算,到1948年英國的弗格森和美國的倫奇共同發表了π小數點後808位小數值,這是人工計算的最高紀錄。

1949年計算機的出現使π值計算進入突飛猛進地步,第一臺電腦只用了70個小時就把π值計算到了2037位,以後紀錄不斷被刷新,計算公式也不斷更新,2011年日本人近藤茂利利用家中電腦和雲計算把π計算到了10萬億位。剛剛2019年3月14日(國際圓周率日)谷歌日本女員工Emma Haruka Lwao將圓周率π算到31萬億位。

日本女程式設計師

雖然離普朗克長度對應的位數還有幾個數量級,但將來肯定會輕鬆超越。普朗克長度是為呼應量子力學的量子化而出現的,它對應的是普朗克質量的黑洞所對應的史瓦西半徑,與康普頓波長相當,它主要是在測量方面的影響,與純抽象的數學運算無關。總之在數學上圓的周長可以無限分割,而不必考慮普朗克長度,也不必考慮超越數限制,因為你永遠不會得到圓周率π的精確值,又何必在乎能不能畫出精確圓來,π的位數已經達到幾十萬億位了,這個精度足夠了,早已超越最精確的誤差。

圓周率表

相關焦點

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  • 全世界都在算圓周率,算圓周率到底有什麼用?算盡了會怎樣?
    ,圓周率,也就是π,是圓周長與直徑的比值,這個比值的有趣之處就在於它是一個無理數,無限,且不循環。在最初接觸圓周率的時候,在邏輯上是很難以理解的,為什麼會有這樣一個數字,無限且不循環呢?最終,很多人在心裡默默給出了一個答案,肯定是因為計算能力有限,所以沒能將圓周率算完。
  • 分割到普朗克長度
    歡迎廣大宇宙愛好者持續關注我們微信平臺 空間是量子化的,當被分割到普朗克長度後,量子化的尺度將被分割到極限,既,將不能再以量子化的尺度來衡量空間。也就是說,在宏觀的角度來看,空間只能被分割到普朗克長度。但是,可以定義新的尺度來「繼續」分割。
  • 你了解圓周率嗎?_天極網
    我們都知道,3月15日是「國際消費者權益日」,那你知道3月14日是什麼日子嗎?這一天是數學家和數學愛好者眼中的「圓周率日」,以此表達它們對圓周率這一神奇數字的無限讚美與崇敬。
  • 普朗克長度是個什麼東西?
    長度是否無可以限分割?想必絕大多數人的回答是:當然,長度當然是可以無限分割的。古代的一些思辨家們也想過這個問題。
  • 圓周率究竟能不能計算盡?那麼多人都在算,到底有什麼用呢?
    大家最熟悉的一個有趣的數學問題就是圓周率,即π,也就是圓周長和直徑的比值,這個數字有趣的地方在於它是個無理數,既算不完還不循環。很多人都難以理解,怎麼可能算不完呢,肯定計算機能力還達不到,所以才一直沒有結果。
  • 如果圓周率被算盡,會出現什麼後果?圓很可能會斷裂
    ,這說明一個圓的周長在數學上會無限地逼近一個值,但永遠達不到這個值,這就是無限的概念。我國古代數學家劉徽使用割圓術,也就是做圓的內接多邊形和外接多變形,使得多邊形的周長無限逼近圓的周長,將圓周率確定到了小數點後四位,祖衝之繼承了劉徽的割圓術,將圓周率推算到3.1415926和3.1415927之間。然後到1630年,利用幾何法人們將這個數字擴大到小數點後39位。
  • 圓周率無法算盡,但如果它哪天算盡了會怎樣呢?專家:世界崩塌
    不過,圓周率雖然每個人都聽過,在學習中也學習過,知道圓周率是算不盡的無理數,但沒人知道假如哪天它算盡了,會有多嚴重的後果?02但將正方形進行切割,將正方形變成五邊形、六邊形、八邊形,可以看出這個形狀變得越來越圓潤,但這也僅僅只是看起來比較圓潤,事實上它還是一個多邊形,並不是圓,當正多邊形被無限切割以後,它就會無限接近於圓,但始終不會成為圓,所以圓周率並不能成為一個有理數,甚至不能算盡。
  • 圓的面積和半徑絕對不會是無限的,那圓周率到底是不是有限的?
    事實上目前得人類就畫不出也製作不出完美得所謂的「圓」無論如何都會有誤差,就像人類製造不出永動機,因為有熵的存在,而且就目前得觀察來看自然界也沒有絕對得圓形得東西太陽地球等等都是不規則的圓,圓只是人理想的一種東西,可是目前的認知製作不出來,無論如何都是有誤差的,所以根據本就不是完美的圓計算出來的所謂圓周率也是個無限不循環小數。
  • 網友問:圓周率是無限不循環的,那麼圓的周長是確定的數嗎?
    圓周率雖然是無理數,但是圓周率始終是實數,任何一個實數在實軸上都是唯一確定的,在實數層面,無理數本質上與有理數並無區別,所以平面內固定半徑的圓周長也是唯一確定的。我們最初在遇到無理數時,有些人難以理解無理數,無理數在十進位中是無限不循環的,當然我們也可以證明,無理數在任何整數進位下都是無限不循環的,圓周率就是一個典型的無理數,圓周率的無理性在1761年首次被證明。
  • 圓周率的無限性能證明宇宙無窮大嗎?
    圓周率,是圓的周長與直徑的比值,一般用希臘字母π(讀作pài)表示,是在數學及物理學中普遍存在的一個數學常數。π也等於圓形之面積與半徑平方之比,是精確計算圓周長、圓面積、球體積等幾何形狀的關鍵值。圓周率常數約等於3.141592654……,它是一個無理數,即無限不循環的小數。
  • 如果圓周率能被算盡,人類文明將會提升一個級別
    但我們都知道圓周率其實是無窮無盡的,為什麼祖衝之只算到前面的7位呢?因為,當時的技術條件並不允許,而祖衝之可以在當時能算到前7位,已經是相當的了不起了。當然也因為這個圓周率無窮無盡,所以我們在數學上用字母π來表示它,而圓周率在我們數學的計算是,通過圓得周長除以直徑得出來的。
  • 物質是否可以無限分割一直到無?這與「無中生有」有關係嗎?
    不會,一直分割下去的話,最終會終結於一個界限:普朗克長度,也就是有意義的可測量最小長度單位,約1.6x10^-33釐米,相當於一個質子大小的10^22分之一。說白了,任何小於普朗克長度的單位都沒有意義!普朗克長度是由普朗克常數,光速和引力常數決定的!
  • 圓周率是算不盡的無理數,如果有一天它算盡了,後果會有多嚴重?
    圓周率π是一個非常神奇的數字,它是一個無限不循環的小數,不管怎麼算都無法得到一個準確的數字。我們從小就開始接觸圓周率,從最開始的3.14,再到後來的3.1415926,再到大學微積分當中的無理數,可以說圓周率陪伴了我們整個的學習生涯。
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    圓周率為什麼是無限的 圓周率是怎樣算出來的?時間:2017-05-06 16:50   來源:360問答   責任編輯:沫朵 川北在線核心提示:原標題:圓周率為什麼是無限的 圓周率是怎樣算出來的?圓可能是自然界中最常見的圖形了,人們很早就注意到,圓的周長與直徑之比是個常數,這個常數就是圓周率,現在通常記為,它是最重要的數學常數之一。 關於最早的文字記載來自公元前2000年前後的古巴比倫人,它們認        原標題:圓周率為什麼是無限的 圓周率是怎樣算出來的?
  • 圓周率「π」是真的算不盡嗎?
    根據定義,圓周率π是圓的周長與其直徑的比值。換言之,π等於圓的周長除以直徑。反過來,圓的周長等於π乘以直徑。無論圓的大小,π總是同一個數。  在1761年,德國數學家約翰·海因裡希·蘭伯特首次證明了π是一個無理數,即無盡不循環小數,它無法用兩個整數的比值來表示。這意味著,π的小數位將會無限延續下去,小數點後面有無限多個不循環數字。因此,π沒有一個精確的值。
  • 有人能在圓周率小數位中發現自己的生日和手機號,這是巧合嗎?
    在眾多已發現的數學理論中,有一個數學符號已經廣泛地應用在日常生活中,但是人類至今未能完全將其算盡,它就是圓周率。據史料記載,古希臘人在很早的時候就意識到一個圓的周長除以直徑後等於一個常數,但並沒能算出這個常數是多少。