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今天是人类历史上的大日子:π节
送交者: yejushi[★★★★强图奋发★★★★] 于 2019-03-13 23:07 已读 626 次 2 赞  

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今天是人类历史上的大日子:π节! 6park.com

原标题:今天是人类历史上的大日子:π节! 6park.com

3月14日是什么日子?这一天是物理学家阿尔伯特·爱因斯坦的诞辰,也是社会学家卡尔·海因里希·马克思和科学家霍金的忌日。此外,3月14日还是“圆周率日”,庆祝数学常数π的节日。 6park.com

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爱因斯坦与π。 6park.com

π的迷人之处就在于秩序与随机之间的张力。π小数点后面的数字永远没有终点,它们出现的方式也充满随机性。通过计算机,人们如今可以把π精确到小数点后1万亿多位,却没有人能找到其中的循环规律。但π确实是有规律的,它们体现了一个完美圆的固有秩序。数学家们通过实验推测出,任意一组数列,不管它有多长,都会在小数点后的某一处出现。计算机的模拟似乎也证实了这一点:到目前为止,所有人们想要寻找的数列,最终都在π中找到了。然而,目前还没有人能够提供无可辩驳的证据,证明上述推测是毋庸置疑的。 6park.com

在一些公式中,当越来越小的数字相加,其结果惊人地等于π。早期被发现的无穷级数之一显示,1-1/3+1/5-1/7+1/9-1/11+……的总和等于4π。这个公式的奇妙之处是将所有的奇数与π联系到了一起,因此数论也被π与圆及几何学联系到一起。π就像一个宇宙虫洞,将两个看似分隔的领域连接到一起。很多人通过背诵π小数点后面的数字来提高记忆力,比如日本人Akira Haraguchi在2005年将π背到了小数点后第 83431 位。 6park.com

历史上的第一个“π节”于1988年3月14日在美国的探索博物馆举办。2009年,美国众议院正式通过一项无约束力决议(Non-binding resolution)(HRES 224),将每年的3月14日设定为“圆周率日”。 6park.com

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根据π设计的自行车和蛋糕图案。 6park.com

圆周率日通常在下午1时59分庆祝,以象征圆周率的六位近似值3.14159,有时甚至精确到26秒,以象征圆周率的八位近似值3.1415926。庆祝π节的方式有很多,比如吃派,喝一种名字中含有“pi”的鸡尾酒(pi?a colada),玩和pi发音相近的彩罐游戏(pi?ata)。以及欣赏以π为主题的音乐,观看电影《死亡密码π》《少年派的奇幻漂流》等。 6park.com

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《死亡密码π》(1998)剧照。 6park.com

在此,我们摘录了法国数学家米卡埃尔·洛奈(Micka?l Launay)《万物皆数》一书中关于圆周率的部分内容,以飨读者。 6park.com

原文作者 | 米卡埃尔·洛奈 6park.com

整合 | 风小杨 6park.com

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《万物皆数》 6park.com

作者:(法)米卡埃尔·洛奈 6park.com

译者:孙佳雯 6park.com

版本:低音·北京联合出版公司 2018年12月 6park.com

π厅与π节 6park.com

20世纪30年代初期,法国物理学家、诺贝尔奖获得者让·佩兰(Jean Baptiste Perrin)构想了一个科学中心的项目,旨在激起公众对于科学领域中的研究进展的兴趣。于是,发现宫建于1937年,地点位于离香榭丽舍大街不远的地方;发现宫占据大皇宫的整个西侧厢房,占地2.5万平方米。最开始的展览只持续了6个月,但因为展出大获成功,所以从1938年开始,这个临时的展览就变成了永久性的。发现宫开馆25年后,每年依然会接待数十万的游客。 6park.com

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法国物理学家让·佩兰(Jean Baptiste Perrin)。 6park.com

从地铁口出来,我沿着富兰克林·罗斯福总统大道,一路走进发现宫。我踏上台阶,拾级而上,突然,一个小细节吸引了我的注意力:4,2,0,1,9,8,9。这串奇怪的数字印在了地板上,扭曲地沿着台阶延伸,似乎一路“钻进”了官殿内部。这可真不寻常!上次我来这儿的时候,还没有这些数字呢。于是我沿着数字走:1,3,0,0,1,9。我进入了发现宫。数字还在继续:1,7,1,2,2,6。它们穿越了圆形的中央大厅,一路直奔大楼梯而去:7,6,6,9,1,4。我急急忙忙跑上台阶,一路跑过天文馆的入口,然后向左转:5,0,2,4,4,5。这串数字将我直接带到了数学分部。我的目光随着它们扶摇而上,离开地面,沿着墙面攀升:5,1,8,7,0,7。最终,万流入海,它们回到了源头。我站在一个巨大的圆形房间的中央,红色与黑色的数字越来越大,它们盘旋交错,依然一路走高。最终,我的视线捕捉到了这串数字的开头:3,1,4,1,5……原来我所在的地方,就是发现宫极具特色的标志性场所之一:π厅(圆周率厅) 6park.com

数字π无疑是最著名的、最迷人的数学常数。π厅的圆形结构让我想起了π的数值与几何学中的圆紧密相关:圆的周长等于直径乘以π。字母是希腊字母中的第16个字母,相当于26个字母表中的P,而P是法语“直径”(perimetry)一词的首字母。π的数值并不大,只比3大一点点,但是它的小数点展开却是无限的:3.14159265358979…… 6park.com

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法国发现宫(Palais de la Découverte)坐落在法国巴黎著名建筑“大宫”里,是世界著名的科技馆,隶属于巴黎大学。发现宫建于1937年。 6park.com

通常情况下,游客们能够在这个房间里看到π小数点后的704位数字,它们围绕着π厅的圆筒形墙壁一路盘旋。但是今天,数字们离家出走了!在整个发现宫中,它们到处都是,甚至还跑到了街上。现在这些数字,大概是π小数点后100多位。我们必须要指出的是,这一天是历史性的。2015年3月14日,正是世纪π节! 6park.com

历史上的第一个“π节”于1988年3月14日在美国的探索博物馆举办,探索博物馆算是巴黎发现宫的姊妹博物馆,位于旧金山市中心。每年第3个月的第14天,也就是3/14,是一个非常适合庆祝π的日子,因为3.14就是我们通常使用的近似π值,精确到小数点后两位。自那时起,这个创意被世界各地的追随者和爱好者效仿,他们每年都聚集在一起庆祝π这个常数,进而庆祝所有数学知识的存在。因为一年一度的庆祝活动影响范围如此之大,因此在2009年,美国众议院正式通过将每年的3月14日定为“圆周率日”(π节) 6park.com

如果说π的发现是几何学的功劳,那么随后,π的重要性已经渗透进了大部分的数学分支之中。π是数学常数中的“千面女郎”。在算术学、代数学、数学分析、概率学等领域,几乎没有任何一位数学家——不管他从事的是哪一领域的研究——从来没有和π打过交道。在发现宫的中心位置,圆形的π厅熙熙攘攘,热闹非凡,小花样繁多。在这里,游客们被邀请估算被随机扔在木板上的一组针的数量;在那边,他们观察乘法口诀表上的数字出现的概率;地面上,一只镶嵌小木板的圆盘表面上趴满了孩子,还有一组人在忙着研究一个车轮上的定点在平面上滚动时的运动轨迹。而所有的这切,最终都会指向同一个结果:3.1415…… 6park.com

在更远一点的地方,组委会邀请观众们在的小数点后的数列中寻找他们的出生日期。一个年轻的小伙子应邀尝试,他出生在1994年9月25日。结果很快就出来了,数列25091994出现在小数点后第12785022位。数学家们推测,任意一组数列,不管它有多长,都会在的小数点后的某一处出现。计算机的模拟似乎也证实了这一点:到目前为止,所有人们想要寻找的数列,最终都在π中找到了。然而,目前还没有人能够提供无可辩驳的证据,证明上述推测是毋庸置疑的。 6park.com

爱伦·坡与π 6park.com

一个12岁左右的小姑娘走近了我。她看上去似乎被围绕在我们周围的奇怪仪器所吸引,然后投给我一个询问的眼神。 6park.com

“你想知道这些到底是什么东西,对吗?你听说过数字π吗?” 6park.com

“当然啦!”她大声地说道,“就是3.14。哦不对……π是接近3.14……我们课上学过了,它是用来计算圆周的周长的。我们还学了那首诗呢。 6park.com

“诗?” 6park.com

她眯起眼睛,好像在努力回想,然后开始背诵起来。 6park.com

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Que j’aime à faire apprendre ce nombre utile aux sages! 6park.com

Immortel Archimède, artiste, ingénieur, 6park.com

Qui de ton jugement peut priser la valeur? 6park.com

Pour moi ton problème eut de pareils avantages. 6park.com

3---1---4---1---5---9---2---6---5---3---5 6park.com

8---9---7---9 6park.com

3---2---3---8---4---6---2---6 6park.com

4---3---3---8---3---2---7---9 6park.com

我是多么想让智者们知道这个数字啊! 6park.com

伟大不朽的阿基米德,艺术家,工程师, 6park.com

在你看来谁能评价它的价值? 6park.com

在我看来你的问题有同样的价值。 6park.com

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听到这首儿歌的时候,我不由得笑了起来。在小的时候,我也背诵过这样的诗,只不过长大之后就忘记了。这首诗的原理特别巧妙:为了背诵π的数值,只需要数一数这首诗每个单词的字母数就可以了。多么(que)=3;我(j)=1;想(aime)=4……以此类推。这首π诗在不同的语言中有许多变种,其中著名的版本之一,是对爱伦·坡所作的一首英文诗的改编,能够直接追踪到小数点后的740位! 6park.com

1845年,爱伦·坡发表了他的著名诗歌《乌鸦》;1995年,迈克尔·基思(Mike Keith)对这首诗做了改编和再创作,题目为《靠近一只乌鸦》,这首诗完全遵循数学常数。开头几句是这样写的: 6park.com

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Poe E. Near a Raven 6park.com

Midnights so dreary, tired and weary. 6park.com

Silently pondering volumes extolling all by-now obsolete lore. 6park.com

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翻译成数字就是: 6park.com

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3---1 6park.com

4---1---5 6park.com

9---2---6---5---3---5 6park.com

8---9---7---9---3---2---3---8---4 6park.com

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“真不错!”我表扬了她,“我觉得我自己都没有你记得这么牢。但是,跟我说说看,你刚才背诵的诗歌里有提到阿基米德对吧?你知道他是谁吗?” 6park.com

我可真是给小姑娘出了个难题。她噘起嘴,耸了耸肩。看来,有必要进行一次时光旅行了。我铺开了一个链接而成的大圆,大圆内部由一大堆三角形拼贴而成。我们要去的地方是西西里。2300年前,锡拉库萨古城。阿基米德就在那里等着我们。 6park.com

夏蝉在烈日下歌唱,街道上充斥着来自地中海各地的香料味道,橄榄、鱼和葡萄在商人们的货摊上并排陈列。在城市的北方,埃特纳火山雄伟的身影从地平线上拔地而起;在西部,肥沃的平原保证了殖民地的欣欣向荣;而在东方,双港口面朝大海开放。锡拉库萨已经具有了声望和影响力,因为它正是整个地区重要的海上十字路口之一。5个世纪之前,来自科林斯的希腊人在这里建立了锡拉库萨城——地中海沿岸最繁华的城市。 6park.com

公元前287年,一位极具创造力的天才出生在锡拉库萨,他将会开创一种新的数学风格。阿基米德,是人类历史上最伟大的发明家、解题者,是那些具有提出全新的、革命性的想法之能力的人物中的佼佼者。是他发现了杠杆原理,也是他发明了螺旋抽水机。根据传说,阿基米德在泡澡的时候,脑海中突然灵光一闪,随即脱口喊出他著名的口号“尤里卡”(Eureka,希腊语:我发现了)。他发现了如今以他的名字命名的阿基米德浮力原理:浸在流体中的物体(全部或部分)受到竖直向上的浮力,其大小等于物体所排开流体的重力。这个原理,对于比水轻、漂浮在水上的物体,和比水沉、沉在水底的物体同样适用。人们还传说,在锡拉库萨城被罗马人的舰队围攻的那一天,阿基米德发明了一个反射镜系统,能够集中太阳的光线,灼烧那些靠得越来越近的敌方军舰。 6park.com

在数学领域,也是阿基米德取得了人类在π值计算上的第一个伟大的进步。在阿基米德之前,也有人对圆周产生兴趣,但是他们的研究方法往往缺乏严谨性。请回想前文提到的《九章算术》中的记载:“今有圆田,周三十步,径十步。”这样的数据表明了π的数值应该是3。在雅赫摩斯的莎草纸上,记载着“化圆为方”问题的近似解决方案,认为π的数值应该约等于3.16。 6park.com

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圆周率纪念币。 6park.com

阿基米德明白,计算π的准确数值是很困难的,甚至是不可能的事情。因此,他所能做到的,也不得不只是计算出一个π的近似值,但是他的计算方法却是卓越的,其中有两个突出的地方。首先,在阿基米德之前,人们认为,或许会有一种精确的方法计算π值,而这位西西里的学者却非常清楚,我们竭尽全力也只能得到π的近似值。其次,阿基米德估算了他获得的近似值和的真实数值之间的区别,然后不断完善他的方法,使得两者之间的区别越来越小。 6park.com

经过不断的验算,阿基米德得出结论,π的精确值应该落在两个数值之间的区域中,用现在的十进制方法表示,就是3.1408和3.1428之间。总而言之,阿基米德已经认识到,他的估算值误差在0.03%左右。 6park.com

据说,公元前212年,罗马军队最终攻占了锡拉库萨城。指挥这场攻城战役的马克卢斯将军命令士兵们赦免时年75岁的阿基米德。然而,城破之时,这位古希腊的学者还在专心致志地研究着他的几何问题,根本不知道周围发生了什么。当一位士兵从他身边走过的时候,正在地上作图的阿基米德漫不经心地说道:“别弄乱了我的圆!”这位士兵恼羞成怒,一剑剌穿了阿基米德的身体。 6park.com

马克卢斯将军为阿基米德修建了一座宏伟壮丽的坟墓,在墓的顶端,放置着一个内切于圆柱形的圆球,象征着阿基米德生前发现的出色定理之一。此后700年的漫长岁月中,罗马帝国从未出现过一位能与阿基米德齐名的数学大师。 6park.com

本文本文经“低音”授权摘录自《万物皆数》第六章“从π到坏”。标题为编者所加。导语作者+整合:风小杨;编辑:西西。未经出版方或新京报书面授权不得转载,欢迎书友转发至朋友圈。 6park.com

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