秀瀆 9月12日
說起中國古代的數(shù)學知識,可能絕大多數(shù)人的概念里就是小學二三年級的數(shù)學知識那樣。其實不然,中國古代就是一個“基建狂魔”,秦直道、長城、秦始皇陵、阿房宮這些大型工程的建設都必須要花費巨大的數(shù)學計算。以應用為主要目標的數(shù)學也不可能僅僅是我們所想的那么單薄。譬如,阿房宮的: 
“五步一樓,十步一閣;廊腰縵回,檐牙高啄;各抱地勢,鉤心斗角?!?/p>
這么龐大的宮殿,建造之前是不是要計算一下樓體梁和柱的受力情況呢?是不是得計算所需木材的數(shù)量呢?涉及到力學計算時,是不是得用到開方、平方還有圓周率呢?這是顯然得。要知道秦朝都是責任制,如果他們連阿房宮的受力分析都不做,直接搭上去,房子垮了指不定得要株連三族的。 所以中國古代很早就開始了許多數(shù)學探索,這其中也包括了我們現(xiàn)在最重要的一個常數(shù)——圓周率。所謂圓周率,即圓的周長與直徑之比,這是我們?nèi)粘I町斨袘脭?shù)學經(jīng)常應用到的一常數(shù)。比如我們隋唐時期就已經(jīng)很發(fā)達的地下管網(wǎng)系統(tǒng),算流量的時候必然用到這個常數(shù)。所以早在公元前2世紀以前,《周髀算經(jīng)》就寫道: “徑一而周三”
當然,這個數(shù)字是一個非常不準確的數(shù)值,我們現(xiàn)在認為圓周率應該是3.1415926···的無限不循環(huán)小數(shù),而古人一開始則直接把它約等于3這個數(shù)值。不過,對于精度要求不是很高的計算來說,其實3也已經(jīng)很不錯了。然而,近代我們對于圓周率的精度要求卻近乎瘋狂:圓周率已被算到31.4萬億位,為何還在算?算盡后對人類意味著什么? 圓周率的精度在南北朝的時候再一次達到了一個新高度,公元480年左右,數(shù)學界祖沖之將圓周率推算到小數(shù)點后7位,他認為圓周率在3.1415926?3.1415927之間,并且找到了和這兩個數(shù)比較接近的兩個分數(shù):355比113、22比7.祖沖之的這個研究成果在后面800年里領先世界。 
圓周率的進一步精確要等到15世紀以后,接著便是計算機時代到來,人類的計算能力爆炸式增長,圓周率的精確度也爆炸式增長。1949年,美國制造了世界上第一臺電腦,它的英文名字叫做ElectronicNumerical Integrator And Computer。電腦的出現(xiàn)讓圓周率的精度出現(xiàn)爆炸式增長,這臺電腦算出圓周率的2037位小數(shù),僅僅花了70小時。難怪古人說: “工欲善其事,必先利其器”
古人誠不欺我??!不過大約美國人是不會這么感嘆的。那么,問題來了,我們平日里實用性計算,用到小數(shù)點后2位就非常實用了,計算小數(shù)點后幾千位、幾萬位乃至上億位、什么價值呢?現(xiàn)在圓周率已經(jīng)計算到了小數(shù)點后31.4萬億位,繼續(xù)往下計算還有價值嗎?答案當然是肯定的。 第一個價值倒不是數(shù)學意義上的價值,還是一種科技力量的炫耀。因為每個國家的超級計算機的算力是不一樣的,算力更強的計算機才能夠計算出圓周率更高的精確度。而這個精確度代表的不僅僅是圓周率的精確度,更是代表的一個國家的算力科技,是一種潛在的威懾力量,也是和平與安全的保證。 
第二,就是實打實的數(shù)學價值了。3.14與3.1415926在我們?nèi)粘I町斨械恼`差確實不怎么大,可是在非常大的數(shù)字當中運算時,它們之間的誤差必然是巨大的。比如在天文學當中做運算,星體的直徑都是上萬上億的數(shù)值,那么圓周率后面那幾位小數(shù)點的價值就體現(xiàn)出來了,這時候才是真正的“失之毫厘,謬之千里”。 而在更為復雜的理論運算當中,圓周率小數(shù)點后的位數(shù),意義更為巨大。因為我們現(xiàn)在說圓周率是一個無限不循環(huán)小數(shù)僅僅只是我們現(xiàn)代人的推測而已,我們既然沒有將圓周率真正的算清楚,又豈能知道它究竟是不是一個真正的無限不循環(huán)小數(shù)呢?或許它到了多少萬億以后就變成了無限循環(huán)小數(shù),乃至于有限小數(shù)呢? 如果是這樣的話,那么對于人類現(xiàn)在的很多搞科技領域的理論都將產(chǎn)生巨大的沖擊,因為圓周率不僅僅是一個數(shù)字,而且是我們現(xiàn)代科學理論的支撐物之一。倘若圓周率不是無限不循環(huán)小數(shù),大概率會讓我們的科技發(fā)生一次革命性的改變,從而使人類生革命性的進步,這也是探究圓周率小數(shù)點后那么多位的“嚴重后果”。 -END-
|