正文

第1章 超越數(shù)(4)

接觸 作者:(美)卡爾·薩根


“我說,‘是橋港?’……”

“他說,‘是凱姆洛特’?!?/p>

她眼望著藍色的湖水,試圖想象出那么一個城市,說它是19世紀的橋港也可以,說它是6世紀的凱姆洛特也可以,突然她母親跑過來。

“我到處找你。為什么不待在我能找到的地方?嗯,愛麗,”她慢聲細語地說,“可嚇了我一大跳?!?/p>

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

第二天,老師魏司堡先生說,圓周率π的值大約是22/7,或3.1416。可是實際上,如果你想要更精確,作為一個十進制數(shù),它的小數(shù)值無盡無休地延續(xù)下去,數(shù)目字的格式,也不像循環(huán)小數(shù)那樣,它沒有任何重復。愛麗想,無盡無休。她舉手想發(fā)問。學年剛剛開始,在班上,她還沒有問過任何的問題。

“有哪個人能知道這個數(shù)的小數(shù)值無盡無休?”

“就是這個樣子?!崩蠋煹脑捖犉饋碛行┐直?/p>

“可是為什么?你怎么知道?既然是無盡無休,你怎么能數(shù)得過來?”

“發(fā)利箭小姐”——他查閱著優(yōu)等生名單——“這是一個愚蠢的問題。你浪費了上課的時間?!?/p>

從來沒有人說過愛麗愚蠢,突然,她忍不住流出眼淚。比利·霍斯曼,她的同桌,溫柔地伸過手來,撫慰她的手。男孩的父親最近被指控買賣舊車時在里程表上做了手腳,所以比利對于當眾受辱深有感觸。愛麗跑出教室,傷心地哭泣。

放學后,她騎車到附近大學的圖書館去查閱數(shù)學書籍。一看之后,她立即明白,她問的問題絕對不愚蠢。按照圣經(jīng)《圣經(jīng)·舊約全書·列王紀上》第7章,第23節(jié):他又鑄一個銅海,樣式是圓的,高五肘,徑十肘,圍三十肘。的說法,古代希伯來人顯然認為圓周率π就是準確地等于3。希臘人和古羅馬人的數(shù)學知識豐富,可是并不知道圓周率π的數(shù)目字無盡無休而且并不重復。事實上,這只是在大約二百五十年之前才發(fā)現(xiàn)的。她如果不提出問題,怎么會知道這些知識呢?可是魏司堡先生說的前幾位數(shù)字是對的,圓周率π不是3.21。也許那個蛋黃醬罐子的蓋子受到一些擠壓,不是一個完美的圓形。再不就是測量的那根線繩,繞的時候有點松。盡管她非常仔細,可是無論如何也不可能測量出無限的數(shù)目字。

還有另一種可能性,可以計算出圓周率π,想要多精確就有多精確。如果你學會了一種叫做微分的方法,就可以證明出圓周率π的公式,只要你花得起時間,你就能計算出你想要的那么多位數(shù)字。書上列出了一個公式,可以計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:有一本書說,π/4就和1-1/3+1/5-1/7……這個式子一樣,后面的那些分數(shù)一直延續(xù)下去,沒完沒了。她禁不住動手把它算出來,交替地加上一個分數(shù)減去一個分數(shù)。結(jié)果的和在大于π/4與小于π/4之間跳來跳去,可是過一陣子,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。你永遠也得不出準確的結(jié)果,可是如果你有足夠的耐心,那么,你想多么接近就能達到那種程度。在這個世界上,每一個圓周的形狀都與這樣一系列分數(shù)有著密切關系,在她看來這簡直是一個奇跡。這些圓圈怎么能懂得分數(shù)呢?她下決心學習微分學。

這本書還說到一些別的事:π被稱為是“超越”數(shù)。沒有任何的普通常見的數(shù)字方程,能算出π的數(shù)值,除非無限長的算式。她已經(jīng)自學過一些代數(shù),懂得這是什么意思。而且π并不是唯一的超越數(shù)。事實上,有無窮多的超越數(shù)。不僅如此,超越數(shù)的數(shù)量要比正常數(shù)的數(shù)量多得無窮多,其實π只不過是其中之一,更多的她連聽也沒有聽說過。π以多種方式與無窮大聯(lián)系在一起。


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