我们对圆周率的无限迷恋
几个世纪以来,圆周率(圆周长与其直径之比)一直让数学家和科学家着迷。这个数字是无限的,但永远不会陷入重复的模式,在整个科学的公式中都有使用。为了更多地了解这个数字的重要性和魅力,在圆周率日(3.14),公报与物理研究生课程讲师兼主任雅各布·巴兰德斯进行了交谈。
GAZETTE:您认为 pi 为何让人们着迷这么久?
BARANDES:很长一段时间以来,人们需要计算圆的距离和圆的面积,因此圆周率的概念已经存在了数千年。但是 pi 一直在阻挠早期将数字归结为简单案例的努力。
很多人都知道圆周率是不是一个合理的数字,这意味着它不能被表示为另一整数除以整数。但 pi 也是一个超越数,这意味着它不是有理数的平方根,甚至不是包含 x 和 x 平方和 x 立方的简单方程的解。所以 pi 是已知的超越无理数的最熟悉和最具体的例子,今天我们知道超越无理数实际上比有理数更常见。
当表示为十进制扩展时,pi 永远不会重复。各种模式都以十进制表示形式出现,因此它看起来是随机的,但显然我们可以在足够的计算能力和时间的情况下预测任意数量的数字,因此它也是确定性的。
“非常了不起的是,与我们如此亲近、与我们同在这么久的东西继续提供如此多美妙的谜团。”
早期以越来越高的精度计算 pi 的努力预示着极限和微积分等数学的高级发展,而且 pi 也开始出现在许多例子中,远远超出了其不起眼的起源,从高维几何到数论,从天文学到量子力学。与我们如此亲近、与我们同在了这么久的东西继续提供如此多美妙的谜团,这真是太了不起了。
GAZETTE:有一种理论认为 pi 包含所有可能的数字序列,如果是这样的话,它可以——理论上——编码每一个曾经写过或将要写的故事。这使得这个数字在其维度上感觉几乎是宇宙的。
巴兰德斯:有一个古老的想法至少可以追溯到 1940 年代豪尔赫·路易斯·博尔赫斯 (Jorge Luis Borges) 所描述的虚构的“巴别图书馆”中,关于一个想象中的无限图书馆,其中包含所有可能的书,系统地组织起来,以便您可以想象移动从一个房间到另一个房间,你最终可以获得任何你想要的书,直到最后一个字母。如果您最终找到了您一直在寻找的书,您是发现了它还是发明了它?
不确定 pi 的十进制表示是否包含人们可以想象的所有可以想象的数字模式,但许多数学家认为这可能是真的。
我们可以用数字对任何字母或标点符号进行编码,所以这意味着 pi 本质上就是 Babel 库。每一个名字、每一个故事、任何人生活的每一个方面——每一个可能的宇宙的整个历史——所有这些都将存储在 pi 的十进制表示的无限数字列表中的某个地方。
当然,pi 在潜在具有此特征方面并不是唯一的——它也可能适用于无限多的其他无理数。但它确实让人想知道是什么为我们居住的特定宇宙注入了生命,当无数其他宇宙原则上被编码为像 pi 这样的特定数字时。如果我听说过,那肯定是一个哲学问题。