圆周率已被算到31.4万亿位,科学家如此执着,到底为了什么?(圆周率为什么算不尽)
有人说,圆周率中蕴含着宇宙的奥秘,也有人说,如果解开了圆周率,就证明宇宙间没有绝对的圆,以前很多科学家的理论就是错的,人类将颠覆如今的认知。
2011年,圆周率小数点被算到了10万亿位。
2019年,圆周率小数点被算到了31.4万亿位,至今仍在计算,圆周率是真正的无理数,还是存在尽头?为什么科学家如此执着?
圆周率的发展历史
关于圆周率,最早的记录应该是公元前2000多年前的古巴比伦,他们算出π=3.125,而古埃及认为π=3.1605。
在我国最早的天文书籍中也提到过圆周率,“径一周三”就是我国古代科学家提出的理念,也就是说,一个圆的周长,是直径的3倍多一点,至于“多一点”的具体数值,当时不得而知。
西汉时期,其实已经有大量学者开始研究数学。
到了公元1世纪,王莽找来刘歆让他计算圆周率,刘歆在查阅相关典籍后,在铜斛的帮助下,他算出圆周率为3.1547。
虽然3.1547跟如今的π并没有多准确,但却打破了“径一周三”的纯文字理论,开始往数值化方向发展。
到了三国时期,数学家刘徽通过圆内接正多边形的面积来计算圆周率。
我国古代数学家在圆周率方面比较有代表性的当属祖冲之,他把圆周率算到了小数点后7个数,也就是3.1415926。
当然,在西方也有很多古数学家,例如阿基米德,他是在计算圆周率时,采用的就是穷竭法。
简而言之就是通过外切跟内接正多边形来计算圆周率,阿基米德的数据来源于正96边形,最后计算出的范围是3.1408~3.1429的区间。
1610年,德国的鲁道夫·范·科伊伦在穷尽了大半生的时光后,终于计算出了正262边形的周长,所以他成功将圆周率值后面的小数点计算到了35位,也被称为“鲁道夫数”。
对于圆周率的计算,之前用的办法有些“原始”,直到微积分的出现。
18世纪初,英国数学家梅钦用快速公式算法,成功将圆周率后的小数点算到了100位。
19世纪70年代,谢克斯花费了15年,成功将圆周率小数点算到了707位,不出意外,这是目前人工计算圆周率的最高纪录。
电子计算机的出现,让科学家看到了新的希望,他们开始用计算机来计算圆周率,从1949年计算出的π小数点后的2037位,到如今的31.4万亿位,电子计算机人在马不停蹄的计算着。
经过反复推理,科学家认为圆周率就是一个无理数,不管计算出小数点后几百万亿位也好,千百万万亿位也罢,人类永远也算不尽圆周率,可一旦算尽呢?
绝对意义上的圆还存在吗?
当我们看到一个正6边形,一眼就能看出它跟圆的差距。
可如果是正12边形呢?
它跟圆的视觉差距正在逐步缩小。
假设多边形无限分割,那么它跟圆的差距是不是也在无限缩小呢?也就是无限趋于绝对的圆。
圆周率无法算尽的理论依据就是正多边形无论分割多少次,本质还是正多边形,它跟真正的平滑曲线始终有着本质区别,可如果圆周率被算尽,反过来说明,真正的圆跟平滑曲线是不存在的。
那么以前只要涉及到圆跟平滑曲线的理论就都是错的,甚至还会影响当代的集成电路、航天工程等领域。
圆周率已被算到31.4万亿位,科学家如此执着,到底为了什么?
1.密码学领域的妙用
先来看看6位数的银行卡密码,也就是说,圆周率中是否包含所有从“000000”~“999999”的6位数?
靠人工一点点去找,显然是天方夜谭,不过有科学家在借助计算机程序后,认为要找到全部6位数,在圆周率小数点后100万位中的概率是60%,如果小数点后的位数高达200万,这个概率将提升到90%,再看如今圆周率小数点后的位数,很显然,圆周率中包含了所有银行卡密码数值。
8位数的生日同理,从1990-01-01至2021-07-25之间所有人的生日,都可以在圆周率小数点后额的10亿位之内被找到。
那么手机号码呢?手机号可足足有11位数。
因为手机号码开头的1是固定的,所以只要找10000000000~19999999999之间的数字,通过科学家的推断,圆周率后面的数值,确实可以包含所有人的手机号码,但至少需要将圆周率后的小数点算到4606亿位之后。
基于圆周率是无理数,而且如今的超级计算机已经算到了31.4万亿位,所以圆周率小数点后的数值,确实包含所有人的手机号。
不管是6位数密码、生日还是手机号,其本质就是一连串数字,如果从已有的特殊数字中再寻找数字,被计算机破译的难度就比较低,而好的办法就是随机生成一组数字。
但如今很多程序在生成数字时,并不能做到真正的随机,而据科学家研究,圆周率在震荡方向上是具备随机性的,也就是说,通过圆周率来生成的密码,安全程度相对较高一些。
2.检验各大数学方程式的优劣
在我国古代,计算圆周率的方法为“割圆术”,而现代的计算方式主要以无穷级数为主,这就涉及到了大量不同的公式。
我们假设在电脑上提前设定好几个方程式,然后用计算机将圆周率运算是小数点后1万位,看看各大公式所耗费的时间为多少。
据实验数据表示,斯托默的公式用了8小时43分钟,而高斯的公式用了8小时零1分钟,这项实验起码能说明,高斯公式在计算圆周率方面,比斯托默公式来的更加快捷。
3.用来测试一台计算机的性能
如今很多专家想要知道一台计算机性能的好坏,他们会采用“计算圆周率”的方式,比如有两台计算机,让它们分别计算圆周率,在相同公式下,谁计算的更快更准,那就证明性能就越好。
而且计算圆周率还能帮助计算机找到BUG,例如1986年CR-AR2型号计算机就因为在计算过程中出错了,最后才找到了设计上的BUG。
此外,也有人相信,如今的数学理论不一定是正确的,万一在未来的哪一天,圆周率真的被算尽了,那么之前用到圆周率的宇宙学,在热力学,力学和电磁学等等,都会有不同程度的错误。
就拿宇宙学举例,如果圆周率发生变化,那么通过计算得出的宇宙起源时间,也会随之变化,而且在广义相对论著名的引力场方程中,也有圆周率的存在,所以看似毫无意义的计算,实则没这么简单。
你认为呢?
#####圆周率的计算跟每个人息息相关,你的银行卡密码,你的手机号码都与圆周率脱不了关系,关于圆周率还有神奇的故事。
有人说圆周率中蕴含着世界上最美的方程式,宇宙的奥秘与圆周率也有着千丝万缕的关系。也有人说,圆周率不属于三维世界,或许是来自于另一个空间。
作为一个数学符号,圆周率是最为神秘、最有趣、最为吸引人的一个。下面我们就来讲一讲,为什么科学家会如此执着于圆周率的计算?与圆周率有关,还有几个神秘的传说。
圆周率的数学符号为π,它是一个希腊语“周长”的开头字母。表示的意思就是圆的周长与直径之间的关系。这个字母从诞生到推广使用,历经了300多年的历史。
但对于圆周率的计算可以追溯到更早的时期。我们看起来圆就是一个没有角的图形,可是不少数学家认为圆没有角,也许并不准确,可能圆有无限多个角,这真是颠覆了我们的认知。
人类对于圆周率的计算,最早来源于伟大的科学家阿基米德。据说当罗马兵占领希腊城的时候,阿基米德正在全神贯注的计算数学。
完全没有注意身边的罗马士兵,其中一个士兵走上去看看,阿基米德用希腊语大声喊道:“不要碰我的圆圈。”罗马士兵被阿基米德呵斥,十分恼火,手起刀落砍了他的头。
这个故事为许多人熟知,那时候阿基米德就是在计算着π的数值,他是通过正多边形的几何算法来计算的。只是很可惜,那时候他还没有完成他的计算,就魂归天堂。
π这个符号出现在圣经里,它的数值为3,曹魏时期,我国的著名数学家刘徽成功把π的数值计算到了3.1416。
后来到了公元480年,我国著名的数学家祖冲之,他利用的是切割圆的方法,把圆切割成多个多边形,从192边形切割到3072边形,最终他得到了π约等于355除以113,转化成小数的数值就是3.141592920。
德国的科学家鲁道夫一生中大部分的时间都花在了计算圆周率上,他把圆周率的精确数值计算到小数点后第36位。
英国一位业余的科学家威廉,他花费多年的时间采用手工计算的方法计算圆周率,一直计算到707位,可是因为在第527位的时候发生了一个错误,所以他最大的贡献是把圆周率计算到小数点后526位。
后来历代科学家总有人痴迷对圆周率的计算,直到现代计算机时代,人们利用超级计算机来计算圆周率,把圆周率的位数计算到了10万亿位,这是相当了不起的成就。
后来人们把3月14日规定为圆周率日,2019年的圆周率日这几天,一位计算机的爱好者利用超级计算机计算圆周率刷新的世界纪录。圆周率的数值被计算到了31.4万亿位。
今年的8月17日,瑞典的研究人员利用计算机成功地把圆周率的计算数位计算到62.8万亿位,再一次创下了新的世界纪录。
人们如此执着计算圆周率的数值是有着特殊的情结。
关于圆周率有几个有趣的传说。在科幻小说里,科学家用11进制的方法来解析π,他们竭尽一生计算π的数值,可是到最后变成了一连串0和1,有人说那里面蕴含了造物主的密码信息。
有人把圆周率小数点后144位数字加起来,总和是666,在西方文化里,666表示的是魔鬼的数字,所以有人认为对圆周率的计算到最后可能会陷入疯魔的境地。
几个世纪以来,埃及的考古学家发现了胡夫金字塔中居然隐藏着圆周率之谜,他们发现这个金字塔的塔基周长和它的高的比例与2π的之间数值的距离相似度达到了99.95%。
有人神奇地发现,圆周率日3月14日竟然跟两个名人的生辰和忌日有关。它是伟大的科学家爱因斯坦的出生日期,也是英国宇宙学家霍金和德国思想家马克思的忌日。这些都仅仅是人们的猜想和通过计算圆周率的数值的过程所得出来的有趣总结。
那么,科学家为什么要执着计算圆周率呢?是因为它确实很重要。
1、检验计算机的性能
我们知道现在是计算机的时代,计算机更新换代速度十分快速,我们应该怎么样来检验一台计算机的性能呢?又如何衡量一台计算机更新升级的速度?那么通过计算圆周率就可以得出结论了。
一台计算机计算圆周率的数位越多,时间越短,说明它的性能越好。超级计算机在社会各个领域中得到广泛的应用,一台性能好的超级计算机,更是成为科研领域里的熊猫。
所以,计算圆周率的第一个好处是可以检验计算机的性能。
2、发现计算机的bug
计算机的软硬件中经常会出现一些bug,有些计算机的bug隐藏得十分隐秘,经常很难被发现。
这时圆周率就可以派上用场了,用这台计算机来计算圆周率就很有可能检测到计算机的 bug,当年英特尔的奔腾系列处理器就是使用这样的方法找出bug的。
3、利用圆周率数字来设置密码
科学家通过计算发现,圆周率的数值是一个无限不循环的小数,它的数字组合是随机出现的,在100万个数位中,竟然没有出现123456的数字组合。不过12345的组合却出现了八次。
圆周率的数位数字从0到9,每一个数字出现的次数是不一样的,数字与数字之间的组合是没有任何规律可循的。这样的情况非常符合密码的设置规律。
如今是信息时代,个人信息的保密十分重要,密码学由此诞生了。经常上网的人就知道每隔一段时间某些软件或者系统就会要求我们修改自己以前使用的密码。
最开始密码都是由纯数字构成的,从六位数一直增加到十几位数,后来发现这样纯数字的数字组合还不够严谨,于是就添加了数字与字母符号的组合。
无论是哪种方法的密码设置,都离不开数字,最开始科学家想到的也是圆周率,他们认为可以用数字中随机出现的数字对数据进行加密,用圆周率中的数字来加密安全性非常高。
4、打开新的科学之门
如今,科学发展日新月异,信息时代瞬息万变,我们不知道十年以后社会会发展到什么样的状况,不过我们知道圆周率小数点后的数字会被广泛被利用。
它可以用在现在的芯片领域,给人类的科技发展做出突出的贡献。也可以用在量子力学中,比如2015年美国的科学家在氢原子能级的量子力学计算中,就发现了与圆周率有着高度相似的计算公式,这意味着在高端的科学领域里,也有圆周率的身影。
5、圆周率包含了任何人的出生年月和手机号码
因为圆周率是无限不循环的小数,数字出现呈现出随机的特点,有人对圆周率的数字进行研究发现,任意输入一个人的出生年月,都可以在圆周率中找出来相应的数字组合,比如1962年9月5日,就可以在圆周率中找到19620905。
还有人说圆周率几乎包括了人类所有的信息,包括每个人所用的11位数字组成的手机号码,所有人的银行卡密码。
圆周率后来还被用来检验一个人的记忆能力,世界上就举办了多种圆周率背诵比赛,不少人已经突破了人类的记忆极限。
圆周率的数值是十分神秘而有趣的,里面可能蕴含着宇宙的秘密,爱因斯坦曾经说过:如果把圆周率算尽,地球宇宙,银河系统都要毁灭。
圆周率很迷人,是因为它无穷无尽,就如宇宙的边缘一样,无边无际。如果有一天圆周率真的能被算尽,那么,人类几千年所建立的一切可能被推倒重来,我们所建立起来的复杂庞大的数学和物理体系,可能会分崩离析。
结语:
说到底圆周率不仅是一个数字,更是一个哲理的存在,里面或许蕴含着天体运行的自然规律,又或者是跟四维空间有着千丝万缕的关系。
自然界的运行存在着一定的法则和规律,人与自然都要和谐相处,就如圆周率在3.1415926到3.1415927之间一样,它是有规律而和谐的存在着。
对于圆周率的执着追求还体现了人类孜孜不倦的求知步伐,或许未来的某一天,我们在圆周率计算中又有新的惊人发现。
#####2019年3月14日,谷歌宣布圆周率现已计算到小数点后31.4万亿位。那么,科学家如此执着,到底为了什么?
圆周率(Pi)是圆的周长与直径的比值,一般用希腊字母π表示,是一个在数学及物理学中普遍存在的数学常数。π也等于圆形之面积与半径平方之比。是精确计算圆周长、圆面积、球体积等几何形状的关键值 。
在我们现实生活,实际应用中,圆周率一般取3.14就可以了。当然对于科学家们来说π是在3.1415926和3.1415927之间的一个数字是远远不够的。
以前的人计算圆周率,是要探究圆周率是否循环小数。1965年,英国数学家约翰·沃利斯出版了一本数学专著,其中他推导出一个公式,发现圆周率等于无穷个分数相乘的积。自从1761年兰伯特证明了圆周率是无理数。1882年林德曼证明了圆周率是超越数后,圆周率的神秘面纱就被揭开了。
为了算尽圆周率,许多科学家特别执着的都在努力。在计算机没有出现之前,数学家们靠手算,经过努力将它算到了528位,这是计算机没有出现之前人类的最高纪录。随着人类科技的快速发展,计算机横空出世,它的到来让数字计算迈上了新台阶,1949年时,可以算至小数点后2037位。到了1973年可以算到100万位,1987算至1亿位,到了2002年1万亿位。到了2011年,已经超过了10万亿位。几十年来,计算机不断更新升级,创造的一个又一记录。最令人震惊的是2019年3月14日,谷歌直接宣布圆周率现已计算到小数点后31.4万亿位。
当然圆周率计算到31.4万亿位依然不是π这个字母的终点,今后还会有奇迹出现,让我们拭目以待吧。那么圆周率是如何发现的呢?从有记载史来年看,中国古算书《周髀算经》(约公元前2世纪)中就有圆周率的记载。到了公元480年左右,南北朝时期的杰出数学家祖冲之便痴迷于π,为探索π的奥秘,祖冲之奋笔疾书,废寝忘食,一心扑在数理研究上。他在刘徽开创的探索圆周率的精确方法的基础上,首次将“圆周率”精算到小数第七位,他的科研成果让世界为之震撼,也为后世研究π奠定了坚实的理论基础。祖冲之对圆周率数值的精确推算值,对于中国乃至世界是一个重大贡献,后人将“约率”用他的名字命名为“祖冲之圆周率”,简称“祖率”。直到16世纪,阿拉伯数学家阿尔·卡西才打破了这一纪录。
人类的记忆也是无限的,对于背诵圆周率位数不断刷新。世界上背诵圆周率最多的人:日本人原口证,背诵到圆周率小数后第100000位数。我国的西北农林科技大学硕士研究生吕超,不间断无差错地背诵圆周率至小数点后67890位,成为了中国第一人。
随着科技发展,科学家对圆周率的不断深入研究,甚至是空间和时间的奥秘。它已不仅仅是一个数字那么简单,有科学家认为它可能背后隐藏着一个更大的奥秘,关乎人类文明未来的命运。无独有偶,例如数学家目前只证明了圆周率在二进制的情况下是正规数,但是我们仍然在圆周率中有了一些重大发现。例如:在圆周率小数点后第82267377位,找到了19491001这个数字,它是我国我国举行开国大典的日子。在小数点后95198109位找到了20031015,它是神舟五号升空日。在129003819位找到了20080808,它是北京举办奥运会开幕式的日子。科学家也无法解释这些现象,说是巧合但是也太巧了吧。
而也有人认为,圆周率有可能蕴含着宇宙的奥秘,只要我们能够将它完全破解,或许就可以揭开宇宙的一部分的真相。
#####个人观点,谢谢阅读。
再怎么算到无穷无尽的位数,都是3.1415926到3.1415927之间,算得再多,有用吗?误差无处不在
#####据说想找到3和4之间的整数。找到之后可以打开另一个维度空间。
#####1610年,德国数学家鲁道夫·范·科伊伦用尽了毕生的精力,终于将π值计算到了小数点后35位数。
1948年,英国的弗格森和美国的伦奇共同发表了π的808位小数值,这是人工计算圆周率的最高纪录。
计算机发明以后,人类在计算圆周率的道路上才真正实现开挂。
1950年,科学家首次利用一台计算机计算出了π的2037个小数位,用时只有70个小时。
写在最后
圆周率不能够被算尽的理论依据是正多边形无论被分割多少次,它本质还是正多边形,跟平滑曲线有着本质的区别。然而,如果圆周率能够被算尽,那么就反过来证明,真正的圆和平滑曲线是不存在的,那么以往所有的圆和平滑曲线的理论就都是错误的,甚至涉及到物理、航天等多个领域的理论坍塌。
2005年,谷歌进行了一次公开募股,这次公开募股的数量是14159265股。
#####兀是二维和三维甚至四维的一个临界值,在一维数轴上无法表示,表现出来就是无限不循环,就像根号二是一个二维数,无法在一维数轴上表示,因为二维信息丢失,如果放到二维上表示出来非常简单,就是(1,1),兀是一个高维数,是一个临界值,在低维度无法表示,如果在高维上表示出来,就打开了维度之门。
#####圆从宇宙开始开始,
那奇点从一次扩张,
就开始画一个个圆圈,
直到一天它不再膨胀,
兀就此中止,
再长的3.14也没意义,
就象你坐望万千天地,
也不过一碗饭一张嘴,
就能喂饱你的空虚,
懵懵懂懂不再思考兀的问题。
#####人类的超级计算机锲而不舍地计算圆周率,一方面是为了测试超级计算机的性能,因为在固定时间内,计算出的小数点位数越多越精确,说明超级计算机的性能越优越。
另一方面也是科学实验的需要,比如在航天领域、物理学研究领域等,对于数据精度、仪器的灵敏度都有极高的要求。
现在许多人也通过记忆圆周率小数点后面的数字来锻炼人的记忆力,相关的比赛也是常有的。
#####一个园只要画出来,只要真实存在,就有内径和外径,而且内径和外径只能无限接近,不能相等,相等了,园就不存在了!外径减去内径=无穷小时,才有真正意义上的周长,否则这个周长是接不上的(有缝隙的,或者说不真正存在的)!因为直径和周长之间的换算有一个无穷小的参与,所以他们之间的关系一定是算不尽的!
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