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  • 1 # 量子科學論

    圓周率是一個數學上的概念,也是我們上學時接觸到的第一個無理數,所謂的無理數就是一個無限不迴圈小數,在數學上有無數個這樣的無理數,例如:√2、√3、√5。而圓周率只是其中最普通的一個無理數,但是圓周率涉及到了圓這個宇宙中最常見的本質形狀,所以略顯神秘。不管在微觀層面還是在宏觀尺度上,我們用數學建模分析物理問題時,都會涉及到圓形軌道,所以在很多物理公式裡都會出現圓周率的身影。

    圓周率其實就是是一個圓的周長與其直徑的比值。其實有一個方法可以很好的理解為什麼圓周率是無限的永遠算不盡!簡單的說圓本身就是一個無限迴圈的概念。

    假如一個圓的直徑是1,那麼這個圓的周長就是圓周率,這說明一個圓的周長在數學上會無限的逼近一個值,但永遠達不到這個值,這就是無限的概念。簡單的說,對於一個圓周,如果你用手指沿著圓周走,在數學上你永遠不會達到一個斷點,而是會永遠無限的迴圈下去,這意味著圓上的每一個點都會無限的靠近另外一個點;這也說明一個圓的周長會無限接近一個值,組成這個圓的直線也會無限接近一個值!

    圓周率的計算可以追溯到公元前250年,由希臘數學家阿基米德證明了這個數字在3.1408和3.1429之間。中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,祖沖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。

    至此人們利用幾何的方法已經無法再往下算圓周率了,因為涉及到的尺度越來越小,在現實中已經不具備可操作性了。直到現代,超級計算機的出現已經將圓周率算到了小數點後30萬億位。而且這並沒有算到頭,這就是數學上一個無理數無限逼近一個數值的情況。

    有些人還有個疑問,就是在物理上存在一個普朗克尺度,說的是事物不可無限細分,宇宙存在一個最小的尺度,也就是在這個尺度之下一切物理定律我們將無法探查,也就失去了意義。那為什麼圓周率還存在算不盡的情況,也就是它的周長是一個無限不迴圈的數?

    其實這兩個概念並不衝突,我要分清理論和現實,數學是一個理論上的工具,是一個抽象的概念,它可以不受現實的約束,可以存在和研究無理數也就是無限的概念,可以研究更高的維度。例如,我們都聽過這樣的一句話:

    “一尺之棰,日取其半,萬世不竭”

    拿一個一尺長的棍子,每天掰掉一半,永遠都掰不完!這其實就是中國古人對無限概念的描述,在數學上確實是成立的。因為數學不用去考慮現實性。而物理就不一樣,它需要以宇宙的現實性為準則,去表述客觀事物,所以在空間上不能無限細分一件事物,按著一天掰一半棍子的說法,只需要短短120天就可以掰到普朗克長度為1.6×10-33釐米,因為這是一個指數遞減的過程。所以在物理上我們會十分謹慎的對待無限的概念。

    那麼圓周率假如有一天發現被算盡了會發生什麼?

    圓周率在數學上已經透過嚴謹的推理被證明是一個無理數,而且透過微積分和反證法也證明了圓周率是無理數。如果哪一天圓周率被算盡,我們所建立的數學體系就要做出修改,更重要的是,圓這個在理論上封閉的、無限迴圈的形狀就會存在理論上的斷點,這說明任何閉合的形狀都是不連續的,一些大型結構就有可以發生斷裂。

    這一點可能對我們的影響最大,因為在現實生活中閉合的結構太多了。電子儀器、汽車、飛機、航天工業到生活用品。

    如果圓周率被算盡,那麼古老的割圓術就可以證明圓並不是一個真正的“圓”,分割到一定的程度就無法在進行分割,這說明圓其實就是一個“正多邊形”,我們要重新對圓進行定義。組成圓的光滑的曲線實際上就是有有限的微小線段組成的。這也說明我們之前認為的曲線也不對,它也是由有限的線段組成的。這可能會涉及到微積分的數學理論存在問題,利用微積分所創造出來的一切可能都會存在我們無法感知的誤差。

    但是我覺得圓周率就算盡了,對物理定律沒有任何影響,因為我們目前所使用的圓周率也是有時也只精確到小數點後幾位,而且在現在世界中也根本不存在平面幾何上完美的圓,就算太陽系這麼大的圓,圓周率精確到小數點後35位,所計算的誤差也比原子還要小。

    當然圓周率已經被證實是一個無理數,各種理論都互相自洽,並沒有出現矛盾的地方,所以不可能被算盡。

  • 2 # 梅兵一九九二

    圓周率如果被算盡了,就說明圓是由無數個三角形拼接而成的,那就不是圓,而是多邊形了。

    圓的定義就不是多邊形,不可能被算盡的。

  • 3 # 喵喵仙人95

    現如今的科技圓周率被算到小數點後將近3000萬位,隨著超級電腦的不斷髮展,有可能會有算盡的一天。等到了算盡得那天,我們不單單只是算盡了圓周率,還找到了科技的秘密,甚至可以宇宙的秘密。

  • 4 # 鏽哉筆也

    算盡了?如果算盡了,人類所有知識體系都要崩塌了!

    圓周率算盡了,說明物質是有限的,“無限”這個概念就不存在了。

    無限不存在了,必然引發“有限之外”是什麼的問題了。

    然後“宿命論”“有神論”,就要興起了,人類一切都沒意義,大家都抹脖子自殺吧——我們都是被製造出來的玩具。

  • 5 # 遠處之光

    這裡所說圓周率π能不能被完全算出來,應該是能不能找到一個有理數與π相等意思。可以肯定地回答,不能。數所包涵的物件非常多,除了我們熟悉的整數、有理數之外,還有無理數。有理數和無理數構成了實數域,在實數域之外還有虛數,實數與虛數又構成了複數域。這就是我們目前對數的認識。其實我們能夠用符號確切表示出來的數,僅佔我們所認識到的數中的很小一部分。我們通常用十進位制表示數,也就是約定0,1,2...9共10個特定的計號作為基本單元,再外加+,-和.3個符號就可以表示我們要面對的數。我們可以透過基本單元的任意組合構成任意有限長度的序列,再加上+、-和.號的加持就可以表示出所有的有理數。但是對數量更為龐大的無理數,目前我們還沒有有效的表示方法,只能針對我們經常用到的一些特殊的無理數,比如圓周率,自然對數的底等約定了π,e這些特定符號表示它們。為了對這些無理數的大小有一個更具象的認識,我們就用一個儘可能接近它們的有理數來反映它們的大小。所謂對π的計算無非就是找到一個更接近π的有理數的操作,我們所找到的那個有理數再接近π,它也不是π,而僅僅是另一個有理數而已。就像你永遠不能讓1.9999...構成的有限序列等於2一樣,它們是兩個數。再糾結所謂的π能不能被完全計算出來這類問題,就是毫無無理數的觀念,思想又回到古希臘的畢達哥拉斯時代了。

  • 6 # 宇宙探索

    從問題本身能夠看出,提問者對無理數有誤解或者“偏見”。

    圓周率能被完全算出來嗎?

    我理解這種問題的初衷,是想知道圓周率能否用小數完全寫出來。我們都知道不能,圓周率π是無理數,而且早就被證明了是無理數(證明方式並不複雜,可以用微積分和反證法。)

    但其實這種問法是不嚴謹的。

    圓周率當然能被完全算出來,它是多少呢?

    它就是π!

    有人可能會恥笑道:我知道圓周率是π,那不還是沒有被算出來嗎?

    但誰又規定了“必須用小數寫出來的數才是完全被算出來”的呢?

    π就是π,就好比“1就是1”一樣,π和1是平等的,π和1等有理數一樣的真實,一樣的確定!

    實數由無理數和有理陣列成,雖然有理數和無理數的數量都是無窮多,但無理數的無窮遠大於有理數的無窮。

    不要說無理數了,有的有理數也不可能完全用小數表示出來,比如說1/3,我們知道它是0.33333......但你能完全寫出來嗎?寫不出來!

    有人可能說:你早就跑題了,所問非所答!

    確實有點跑題,不過我還是想表達我的觀點:不要試圖非要用小數把無理數完全寫出來,這是對無理數的“歧視”!

    無理數:我們就是實實在在的數,幹嘛非得與小數發生關係?

    再說通俗點,數學上來講,一個棍子隨便砍兩段,這兩段的長度是無理數的可能性很大,是有理數的可能性就很小!因為無理數遠多於有理數。

    你完全可以砍出一段長度為π釐米的棍子!(當然僅限於數學概念上)

    那麼如果圓周率算盡了會怎樣?(完全用小數寫出來)

    一切數學公式和概念都會坍塌,甚至我們的宇宙基本法則都會徹底被顛覆!

    好在這是一個沒有意義的假設,這種假設與“如果人類不存在,地球會怎樣?”完全不一樣,因為π不可能被算盡,這種假設是沒有任何意義的!

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