正文

第1章 超越數(shù)(4)

接觸 作者:(美)卡爾·薩根


“我說(shuō),‘是橋港?’……”

“他說(shuō),‘是凱姆洛特’。”

她眼望著藍(lán)色的湖水,試圖想象出那么一個(gè)城市,說(shuō)它是19世紀(jì)的橋港也可以,說(shuō)它是6世紀(jì)的凱姆洛特也可以,突然她母親跑過(guò)來(lái)。

“我到處找你。為什么不待在我能找到的地方?嗯,愛(ài)麗,”她慢聲細(xì)語(yǔ)地說(shuō),“可嚇了我一大跳。”

在七年級(jí)的時(shí)候,他們學(xué)到了“圓周率,π”,這是一個(gè)希臘字母,樣子就像英格蘭的遠(yuǎn)古遺跡索爾茲伯里巨石陣,兩根立柱,頂部搭上一根橫梁。如果你測(cè)量出一個(gè)圓的圓周,然后再用這個(gè)圓的直徑去除,得到的結(jié)果就是π,圓周率。在家里,愛(ài)麗拿了一個(gè)蛋黃醬罐子的蓋,用一根線繩,繞在蓋子周?chē)?,伸直以后,用一把直尺測(cè)量出圓周的長(zhǎng)度。又用尺子量出蓋子的直徑,用長(zhǎng)除法,得出一個(gè)數(shù)值,是3.21。這好像是太簡(jiǎn)單了。

第二天,老師魏司堡先生說(shuō),圓周率π的值大約是22/7,或3.1416??墒菍?shí)際上,如果你想要更精確,作為一個(gè)十進(jìn)制數(shù),它的小數(shù)值無(wú)盡無(wú)休地延續(xù)下去,數(shù)目字的格式,也不像循環(huán)小數(shù)那樣,它沒(méi)有任何重復(fù)。愛(ài)麗想,無(wú)盡無(wú)休。她舉手想發(fā)問(wèn)。學(xué)年剛剛開(kāi)始,在班上,她還沒(méi)有問(wèn)過(guò)任何的問(wèn)題。

“有哪個(gè)人能知道這個(gè)數(shù)的小數(shù)值無(wú)盡無(wú)休?”

“就是這個(gè)樣子。”老師的話聽(tīng)起來(lái)有些粗暴。

“可是為什么?你怎么知道?既然是無(wú)盡無(wú)休,你怎么能數(shù)得過(guò)來(lái)?”

“發(fā)利箭小姐”——他查閱著優(yōu)等生名單——“這是一個(gè)愚蠢的問(wèn)題。你浪費(fèi)了上課的時(shí)間。”

從來(lái)沒(méi)有人說(shuō)過(guò)愛(ài)麗愚蠢,突然,她忍不住流出眼淚。比利·霍斯曼,她的同桌,溫柔地伸過(guò)手來(lái),撫慰她的手。男孩的父親最近被指控買(mǎi)賣(mài)舊車(chē)時(shí)在里程表上做了手腳,所以比利對(duì)于當(dāng)眾受辱深有感觸。愛(ài)麗跑出教室,傷心地哭泣。

放學(xué)后,她騎車(chē)到附近大學(xué)的圖書(shū)館去查閱數(shù)學(xué)書(shū)籍。一看之后,她立即明白,她問(wèn)的問(wèn)題絕對(duì)不愚蠢。按照圣經(jīng)《圣經(jīng)·舊約全書(shū)·列王紀(jì)上》第7章,第23節(jié):他又鑄一個(gè)銅海,樣式是圓的,高五肘,徑十肘,圍三十肘。的說(shuō)法,古代希伯來(lái)人顯然認(rèn)為圓周率π就是準(zhǔn)確地等于3。希臘人和古羅馬人的數(shù)學(xué)知識(shí)豐富,可是并不知道圓周率π的數(shù)目字無(wú)盡無(wú)休而且并不重復(fù)。事實(shí)上,這只是在大約二百五十年之前才發(fā)現(xiàn)的。她如果不提出問(wèn)題,怎么會(huì)知道這些知識(shí)呢?可是魏司堡先生說(shuō)的前幾位數(shù)字是對(duì)的,圓周率π不是3.21。也許那個(gè)蛋黃醬罐子的蓋子受到一些擠壓,不是一個(gè)完美的圓形。再不就是測(cè)量的那根線繩,繞的時(shí)候有點(diǎn)松。盡管她非常仔細(xì),可是無(wú)論如何也不可能測(cè)量出無(wú)限的數(shù)目字。

還有另一種可能性,可以計(jì)算出圓周率π,想要多精確就有多精確。如果你學(xué)會(huì)了一種叫做微分的方法,就可以證明出圓周率π的公式,只要你花得起時(shí)間,你就能計(jì)算出你想要的那么多位數(shù)字。書(shū)上列出了一個(gè)公式,可以計(jì)算出四分之一的圓周率π。有些內(nèi)容她根本就不明白。有些內(nèi)容,她看著眼花繚亂:有一本書(shū)說(shuō),π/4就和1-1/3+1/5-1/7……這個(gè)式子一樣,后面的那些分?jǐn)?shù)一直延續(xù)下去,沒(méi)完沒(méi)了。她禁不住動(dòng)手把它算出來(lái),交替地加上一個(gè)分?jǐn)?shù)減去一個(gè)分?jǐn)?shù)。結(jié)果的和在大于π/4與小于π/4之間跳來(lái)跳去,可是過(guò)一陣子,就能看到這一系列的數(shù)值結(jié)果按著一條直線趨向正確的答案。你永遠(yuǎn)也得不出準(zhǔn)確的結(jié)果,可是如果你有足夠的耐心,那么,你想多么接近就能達(dá)到那種程度。在這個(gè)世界上,每一個(gè)圓周的形狀都與這樣一系列分?jǐn)?shù)有著密切關(guān)系,在她看來(lái)這簡(jiǎn)直是一個(gè)奇跡。這些圓圈怎么能懂得分?jǐn)?shù)呢?她下決心學(xué)習(xí)微分學(xué)。

這本書(shū)還說(shuō)到一些別的事:π被稱(chēng)為是“超越”數(shù)。沒(méi)有任何的普通常見(jiàn)的數(shù)字方程,能算出π的數(shù)值,除非無(wú)限長(zhǎng)的算式。她已經(jīng)自學(xué)過(guò)一些代數(shù),懂得這是什么意思。而且π并不是唯一的超越數(shù)。事實(shí)上,有無(wú)窮多的超越數(shù)。不僅如此,超越數(shù)的數(shù)量要比正常數(shù)的數(shù)量多得無(wú)窮多,其實(shí)π只不過(guò)是其中之一,更多的她連聽(tīng)也沒(méi)有聽(tīng)說(shuō)過(guò)。π以多種方式與無(wú)窮大聯(lián)系在一起。


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