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沒趕上圓周率紀念日,咱趕在4月14日前出一篇圓周率。關於圓周率,我們從中學就知道這是一個無線不迴圈小數,所以它應該是算不盡的,假如有一天圓周率被算盡,那麼這個宇宙會發生什麼樣的後果呢?

關於圓周率和它的黑暗歷史

圓周率就是周長和直徑的比例,看上去一個非常簡單的方式就能獲得,但事實上人類為獲得精確的圓周率,歷經數千年時間,一直到十六世紀才獲得了天文級精度的圓周率,但其實我們日常做做木工的話,可能古巴比倫時期的圓周率就夠用了!

最早關於圓周率的記載可能來自公元前2000年前古巴比倫,他們將圓周長的長徑比取值3.125,而古埃及人則取值3.165,兩者其實在製作一個小圓桌時候,比如2米直徑也誤差0.04米而已,而一般的話木工會稍做人工修正,所以基本上根本就看不出來!

為什麼要那麼高精度的圓周率呢?

此後公元前三世紀的阿基米德利用內切正多邊形的周長代替圓的方式計算圓周率,理論上切得愈多愈精確,阿基米德切到了96邊形,計算出圓周率為3.140845-3.142857,儘管這看起來範圍似乎差得有點大,但你會發現,在兩米的圓中,誤差大概縮小到了0.004米,也就是4毫米左右,這個精度,視覺上幾乎可以忽略了!

中國古代數學家劉徽也用這個割圓術來計算圓周率的,而南北朝數學家祖沖之則將割圓術發揮到了極致,計算出圓周率大約為3.1415926-3.1415927,這個精度是啥概念呢?大約1萬多千米的圓,計算的時候才可能差1米,地球不過1.27萬千米左右,所以就算用祖沖之的圓周率也就差了1米多,一個相當恐怖的精度!

但很可惜,天文級別的圓都超級大,比如地球軌道長達1.5億千米,所以計算的時候就差了30千米,這要是返回地球,估計直接飛跑了,所以還得繼續計算,後來有了效率更高的無窮級數來計算,到了十八世紀德國數學家約翰·海因裡希·蘭伯特終於證明了圓周率是一個無理數,再後來德國數學家林德曼證明了圓周率Π是一個超越數(超越數就是不能作為有理係數多項式根的實數)。

再後來計算圓周率就被當成了好玩,因為天文級別的精度早就過了,再再後來就成了檢驗計算機的效能好壞了!

1949年:2037位 1958年:10000位

1981年:200萬位 1999年:687億位

2019年:31.4萬億位

很明顯2019年的是紀念圓周率而計算出來的一個位數,畢竟超級計算機面前,計算圓周率不過是時間和電力消耗的問題,想要多少位都可以!

如果圓周率被算盡會怎樣?

其實準確的說,比如2019年GOOGLE的超級計算機如果在31.4萬億位的時發現圓周率算盡了,其實對我們整個宇宙沒啥影響,畢竟在40位時就能將930億光年的宇宙計算到一個氫原子的精度,所以31.4萬億位如果發現算盡了,我們的宇宙不會出現任何變化!

但有一個最恐怖的故事等待著大家,因為你會發現,從從最基本的割圓術到無窮級數計算圓周率,再到十八世紀末期德國數學家約翰·海因裡希·蘭伯特終於證明了圓周率是一個無理數,還有1882年德國數學家林德曼證明了圓周率π是一個超越數,再後來為優化計算機高效計算的演算法,再到超級計算機的演算法.....還有建立在這些演算法之上的數學體系,統統都錯了!

數學歷史上有三次危機,第一次是無理數的發現,據說希帕索斯不小心洩露了這個祕密,結果被畢達哥拉斯學派的人扔進了大海,第二次是貝克萊悖論,一直到100多年後法國數學家柯西用極限定義了無窮小量才解決了這個問題,第三次則是羅素悖論,一直到1908年一個公理化集合論體系的建立,才彌補了集合論的缺陷,那麼現在將會發生第四次數學危機!

數學幾乎是一切科學的基礎,數理化麼,都是一夥的,天體物理,高能粒子物理.....基本粒子模型?廣相下宇宙?所有與演算法有關的,諾特定理證明對稱性和守恆定律之間的根本聯絡,那麼各種守恆定理也開始失效,宇宙會開始崩潰?

鬼知道會有什麼後果,至少有一點可以知道,我們的科學體系將要推倒重來了,自牛頓時代以來將近400年的努力,可能要白費了!不過最大的可能是,計算機程式出錯,各位虛驚一場!

《三體》提到過一個數學攻擊,如果數學規律被改寫,那麼按此前的數學規律所定義的整個宇宙將逐一崩潰,如果圓周率被算盡,假如不是程式出問題了的話,有可能我們這個宇宙被超級文明攻擊了!

關於圓周率π的有趣事實

嚇唬人不好玩,還是來聊聊π的幾個有趣軼聞,比如圓周率記憶位數最多的最新記錄是印度韋洛爾的Rajveer Meena,他在2015年3月21日準確複述了π小數點後70,000位。根據吉尼斯世界紀錄,以前保持記錄的是中國的呂超,在2005年背誦至67,890位!

在2016年發表的論文中顯示,π的小數點後2.24萬億位內數字隨機分佈率是一樣的,也就是說從0到9數字出現概率都是10%,

由於π是一個無限不迴圈小數,所以很多加密的金鑰都是擷取圓周率的一段,而且還有一個有趣的事實是幾乎所有人的手機號碼和銀行卡密碼甚至賬號都可以在π中找到,比如手機號碼:13145673243

在小數點後1.526億位後被找到,當然6位或者8位的密碼則會更容易,銀行賬戶如果高達19位則明顯會更難一些,但只要各位有一個足夠的位數,那麼肯定是可以找到的,但種花家建議各位不要儲存那麼龐大一個圓周率庫,比如GOOGLE的31.4萬億位的檔案,大概計算了下大約需要28.57TB空間存放,遠超普通家裡小PC的2-4TB,目測檢索下這個龐大的庫至少需要幾個小時!

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