正文

第1章 超越数(4)

接触 作者:(美)卡尔·萨根


“我说,‘是桥港?’……”

“他说,‘是凯姆洛特’。”

她眼望着蓝色的湖水,试图想象出那么一个城市,说它是19世纪的桥港也可以,说它是6世纪的凯姆洛特也可以,突然她母亲跑过来。

“我到处找你。为什么不待在我能找到的地方?嗯,爱丽,”她慢声细语地说,“可吓了我一大跳。”

在七年级的时候,他们学到了“圆周率,π”,这是一个希腊字母,样子就像英格兰的远古遗迹索尔兹伯里巨石阵,两根立柱,顶部搭上一根横梁。如果你测量出一个圆的圆周,然后再用这个圆的直径去除,得到的结果就是π,圆周率。在家里,爱丽拿了一个蛋黄酱罐子的盖,用一根线绳,绕在盖子周围,伸直以后,用一把直尺测量出圆周的长度。又用尺子量出盖子的直径,用长除法,得出一个数值,是3.21。这好像是太简单了。

第二天,老师魏司堡先生说,圆周率π的值大约是22/7,或3.1416。可是实际上,如果你想要更精确,作为一个十进制数,它的小数值无尽无休地延续下去,数目字的格式,也不像循环小数那样,它没有任何重复。爱丽想,无尽无休。她举手想发问。学年刚刚开始,在班上,她还没有问过任何的问题。

“有哪个人能知道这个数的小数值无尽无休?”

“就是这个样子。”老师的话听起来有些粗暴。

“可是为什么?你怎么知道?既然是无尽无休,你怎么能数得过来?”

“发利箭小姐”——他查阅着优等生名单——“这是一个愚蠢的问题。你浪费了上课的时间。”

从来没有人说过爱丽愚蠢,突然,她忍不住流出眼泪。比利·霍斯曼,她的同桌,温柔地伸过手来,抚慰她的手。男孩的父亲最近被指控买卖旧车时在里程表上做了手脚,所以比利对于当众受辱深有感触。爱丽跑出教室,伤心地哭泣。

放学后,她骑车到附近大学的图书馆去查阅数学书籍。一看之后,她立即明白,她问的问题绝对不愚蠢。按照圣经《圣经·旧约全书·列王纪上》第7章,第23节:他又铸一个铜海,样式是圆的,高五肘,径十肘,围三十肘。的说法,古代希伯来人显然认为圆周率π就是准确地等于3。希腊人和古罗马人的数学知识丰富,可是并不知道圆周率π的数目字无尽无休而且并不重复。事实上,这只是在大约二百五十年之前才发现的。她如果不提出问题,怎么会知道这些知识呢?可是魏司堡先生说的前几位数字是对的,圆周率π不是3.21。也许那个蛋黄酱罐子的盖子受到一些挤压,不是一个完美的圆形。再不就是测量的那根线绳,绕的时候有点松。尽管她非常仔细,可是无论如何也不可能测量出无限的数目字。

还有另一种可能性,可以计算出圆周率π,想要多精确就有多精确。如果你学会了一种叫做微分的方法,就可以证明出圆周率π的公式,只要你花得起时间,你就能计算出你想要的那么多位数字。书上列出了一个公式,可以计算出四分之一的圆周率π。有些内容她根本就不明白。有些内容,她看着眼花缭乱:有一本书说,π/4就和1-1/3+1/5-1/7……这个式子一样,后面的那些分数一直延续下去,没完没了。她禁不住动手把它算出来,交替地加上一个分数减去一个分数。结果的和在大于π/4与小于π/4之间跳来跳去,可是过一阵子,就能看到这一系列的数值结果按着一条直线趋向正确的答案。你永远也得不出准确的结果,可是如果你有足够的耐心,那么,你想多么接近就能达到那种程度。在这个世界上,每一个圆周的形状都与这样一系列分数有着密切关系,在她看来这简直是一个奇迹。这些圆圈怎么能懂得分数呢?她下决心学习微分学。

这本书还说到一些别的事:π被称为是“超越”数。没有任何的普通常见的数字方程,能算出π的数值,除非无限长的算式。她已经自学过一些代数,懂得这是什么意思。而且π并不是唯一的超越数。事实上,有无穷多的超越数。不仅如此,超越数的数量要比正常数的数量多得无穷多,其实π只不过是其中之一,更多的她连听也没有听说过。π以多种方式与无穷大联系在一起。


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