人类解锁π的62.8兆进位,有何意义?
微天下
近日,瑞士研究人员花了108 天的时间,利用超级电脑推算出圆周率小数点后62.8兆进位。
这一努力打破了之前50兆进位的世界纪录,并且将计算速度提高了3.5倍。这是一个惊人且耗时的壮举,同时也引发了一个问题:为什么?
01.
说到π,完成九年义务教育的我们并不陌生。它是一个数学常数,定义圆的周长与其直径之比。它同时是一个迷人的无理数:无限不循环,常算常新,让人保持着无与伦比的新鲜感。
从古巴比伦时代开始,人类就一直试图计算这个以 3.14159 开头的常数,并取得了不同程度的成功。
例如,我国古代数学家、天文学家祖冲之,是世界第一位将圆周率值计算到小数第7位的科学家。数学家威廉·尚克斯在 1873 年手动将圆周率计算到小数点后 707 位,但死后几十年被发现在小数点后第 528 位犯了错误。
1897 年,美国印第安纳圆周率法案差点完全废除了这串繁琐的小数。该法案声称运用了一种化圆为方的方法,几乎将π=3.2写入法律。
历史的漫漫长河中,有人为它过节
有人为它写歌
还有人为π拍了电影
甚至发行π的纪念币
这一切的一切,都印证了π在数学界当之无愧的顶流地位。
02.
不过,拨开“流量”看“实力”,π的表现又如何呢?
墨尔本大学数学和统计学教授Jan de Gier接受《卫报》采访时表示,能够在一定程度上探究π的精度非常重要,因为生活中,从爱因斯坦的广义相对论到对于GPS的修正,再到涉及电子学的各种工程问题,π的应用“无处不在”。
例如,巴塞尔问题的解——平方数的倒数之和(1/1² + 1/2² + 1/3²等等)——是 π ² /6。该常数还出现在欧拉恒等式中,这一等式被描述为“历史上最美丽的方程式”。
此外,圆周率对于数学界中的傅立叶变换定理也很重要。新南威尔士大学副教授大卫哈维指出,“播放 MP3 文件或观看蓝光媒体时,它一直在使用傅立叶变换来压缩数据。”
但是,哈维表示,算出π的小数点后10位和62.8兆进位之间存在很大差异。“我无法想象在任何实际的物理应用中,需要的小数位超过15位。”他说。
数学家们估计,即使把圆周率运用到计算可观测宇宙的大小,也仅仅需要精确到小数点后第39位。
这也就指向了那个直击灵魂深处的问题——
动辄几十兆进位的精度,有什么意义?
03.
意义,当然存在,但是否值得也是见仁见智。
比如,计算π可以作为检测超级计算机性能的一项重要指标。由于其计算的复杂性,相对于一般的计算机来说,π的计算是一件非常吃力的事情,很容易出现BUG。所以,拿来计算π,可以检测CPU的性能和可能存在的BUG。
也就是说,从20世纪中期引入计算机测算圆周率至今,π已经从一个被检验的对象,变成一个通用的检测工具。这听起来就像是一直在你手下领工资的下属,摇身一变成为你老板。
影响更深远的是,圆周率在目前的认知中是一个无限不循环小数,但如果哪一天π被算尽,那就说明圆并不存在,曲线也并不存在,在此基础上发展的一切数学理论也都将推倒重建。这看似遥不可及,但也并非毫无可能。
另一方面,从精神追求的角度,墨尔本大学数学和统计学教授Jan de Gier则将对π精度的追求,与奥运会上的运动员进行了比较,“就像世界纪录一样:这对完成者本身并没有用,但他们设定了基准,让我们努力实现目标并激励他人。”
新南威尔士大学副教授大卫哈维表示同意:”这是一个计算挑战,是一件非常困难的事情,它涉及大量数学和当今的计算机科学。“
“为什么要计算π?你这样做是因为其他人都在做,”他说。“那是每个人都决定攀登的特定山峰。”
文/郭佩珊
Source:《New mathematical record: what’s the point of calculating pi?》
《圆周率继续算下去有何意义?听完科学家的解释恍然大悟》
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