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两个“常数”的神奇
 
 
修改时间:[2019/09/10 22:08]    阅读次数:[16]    发表者:[起缘]
 

  两个“常数”的神奇

  蔡汉以

  2019-09-08

  数学的圆周率“π”是个常数;物理学量子电动力学的“一串精细结构0.0072973” 大约为1/137也是常数。那么,什么叫常数呢?如果从字面上理解,常数就是指固定不变的数值。

  但是,这样说,对别的“常数”也许是正确的,而对---圆周率“π”和量子电动力学“一串精细结构0.0072973”大约为1/137来说是错误的!因为这两个“常数”是无限不循环的数!(圆周率即周长和直径的比,约为3.1416)

  无限不循环的数---意味着科学家即使花费再多时间和精力去计算,即使计算的速度已经达到了光速,还是不可能算出,这个数的尽头!那真是“烟波茫茫,彼岸何方?”

  为了找到圆周率的尽头“彼岸”,中国南北朝时期杰出的数学家、天文学家---祖冲之,做出杰出成就!

  祖冲之(429-500年),字文远。出生于建康(今南京);祖籍范阳郡(jùn)遒(qiú)县(今河北涞(lái)水县),中国南北朝时期杰出的数学家、天文学家。他把圆周率进一步得出,精确到小数点后7位的π值(约5世纪下半叶),给出不足近似值3.1415926和过剩近似值3.1415927,还得到两个近似分数值,密率355/113和约率22/7。

  他的辉煌成就比欧洲至少早了1000年。其中的密率在西方直到1573才由德国人奥托得到,1625年发表于荷兰工程师安托尼斯的著作中,欧洲不知道是祖冲之先知道密率的,将密率错误的称之为安托尼斯率。

  我国在秦汉以前,通常以“径一周三”做为圆周率,这就是“古率”。后来发现古率误差太大,圆周率应是“圆径一而周三有余”,不过到最后还是没有统一到底是多少。到了三国的时候,刘徽提出了计算圆周率的科学方法—“割圆术”,用圆内接正多边形的周长来逼近圆周长。祖冲之在前人成就的基础上,经过刻苦钻研和反复的演算终于得出了现在的圆周率。在古代,实际上长期使用 π=3这个数值,巴比伦、印度、中国都是这样的,到公元前2世纪,中国的《周髀(bì)算经》里已有周三径一的记载。东汉的数学家又将 π值改为3。16。

  真正使圆周率计算建立在科学的基础上,首先应归功于阿基米德。他专门写了一篇论文《圆的度量》,用几何方法证明了圆周率与圆直径之比小于22/7而大于223/71 。这是第一次在科学中创用上、下界来确定近似值。

  但是,自圆周率出现开始,人们对于这个常数,就好像着了魔一般,几乎在每一个时代都有人在刷新圆周率的上限,而到目前为止,人类已经利用超级计算机算出了圆周率后31。4万位的数值了?那么,再计算下去还会有意义吗?

  科学家的回答是肯定的,甚至,有科学家还认为圆周率的数值中包含了宇宙所有的秘密,只要将圆周率算尽,宇宙的秘密就会全部得到解锁。

  但现如今,圆周率的地位受到了挑战,科学家最新发现,这串数字不仅可以挑战圆周率的地位,而且,比起圆周率,研究它还可能解开多维宇宙的终极秘密。

  这串数字就是0.0072973。在上个世纪,物理学家在量子电动力学的研究中,意外发现了一串精细结构的常数0.0072973,大约为1/137。

  0.0072973之所以被认为是无比重要的,是因为这串数字是亘古不变的,它决定了恒星是如何燃烧的,以及原子是否存在,化学反应乃至生命的进化形式,可以说,这串数字蕴含了宇宙的所有秘密。

  那么,在这样一串恒定不变的数值当中,如果发生了细微的变化,是否就能说明宇宙并不只有一个了呢?我们可以这样理解,假如我们抛出一个骰(tóu)子,在当前的宇宙中只能并且永远只能抛出数字一,但在别的宇宙中却抛出了数字二,这样是否说明平行宇宙是存在的呢?

  而为了证实0.0072973这串数字是否发生过变化,澳大利亚的物理学家韦伯及其团队利用凯克望远镜对自大爆炸以来,光线穿过特定星云后的波长变化进行观察。结果发现,在收集的23个光谱数据当中,从120亿到60亿年前以来,精细结构0.0072973确实发生了细微变化,大约增加了百万分之六。

  这两个“常数”十分神奇!