“π”的粉丝

宇宙中所有的圆都是一模一样的,不同的圆之间唯一的差别在于—它们的直径不同。打个比方,如果说人类的头发、肤色、瞳色等等特征能被用来区分不同的个体,那么直径就是这些大大小小的圆形能够被区分开来的唯一变量。一旦我们知道了一个圆的直径,那么我们就了解了关于这个圆的一切。简单说来,这些圆形有的大、有的小……没有其他深奥的东西了。哦,忘记说了,圆还具有一个非常有趣的特征:一个圆形的周长和它的直径的比值是恒定的,也就是说,如果用圆的周长除以它的直径,不论这个圆是大是小,这个结果都是一个固定的数值。这个数值就是有名的“π”,等于3.1415926……后面是无尽的小数。

科学逸事:2500多年前,即公元前6世纪左右,有一位叫作毕达哥拉斯(公元前569年出生于意大利萨摩斯岛,公元前475年死于意大利梅塔庞托)的古希腊数学家,也是世界上首位真正意义上的数学家。他生前经常将很多音乐家、占卜学家、数学家和哲学家聚集在希腊,讨论那些在当时无法被解释的现象,找寻这些问题的答案。这群人自称为“毕达哥拉斯学派”的成员,用一个带有五角星的标志作为学派的象征,并宣称“数是万物的本源”。他们甚至创建出无理数的概念(但学派以死刑威胁所有门徒保守这个秘密)。也是他们最先证明出著名的“毕达哥拉斯定理”(又称“勾股定理”),即直角三角形的两条直角边的平方和等于斜边的平方。在多个世纪以前,古巴比伦人和古埃及人就已经在建筑工程中运用该定理来确定建筑物的直角,并且一直被沿用至今。举一个例子,据说著名的哈夫拉金字塔(建于公元前26世纪)就是在边长为3、4、5的直角三角形的基础上构造的。很显然,这个直角三角形的边长满足毕达哥拉斯定理(32+42=52)。这个三角形对古埃及人而言意义非凡,因而被尊为“神圣三角”。这个定理为建筑业带来了极大的便利,在许多领域中都发挥着重大的作用,如建筑、占卜术等等。甚至,从未听说过“毕达哥拉斯”这个名字的古中国人也知道这个定理……

当然了,你们都知道在古希腊语中,“学校”这个单词是“闲暇”的意思吧,想必在古希腊,人们在课堂上都过得很滋润吧。

作为世界上最有名的数学常数,π有一个专属的节日—每年的3月14日为“国际圆周率日”(正好π约等于3.14)。现在,小孩们在小学时期就会学到有关“π”的知识,无数数学家和科学家热衷于计算π的数位。实际上,如果不了解π,人类也就无从系统地学习数学,而且在物理学和工程学中也会经常使用圆周率。π是一个无理数,也就是说,它是一个无限不循环小数,而非1/2或3/4这样的有理数。截至目前,人们已经计算出π的一百多亿的小数位,最新的数位进展来自两位计算机工程师—近藤茂和亚历山大·易。

古希腊哲学家早在几千年前就已经算出了较精确的圆周率数值。例如:阿基米德在其著作《圆的测量》中写到他通过连续采用多个内切多边形和外切多边形来逼近正圆的方法,算出了大致的圆周率。这也是π(pi)的希腊名称的由来—“周长”这个单词的字母简写(希腊文为periferia)。1748年,杰出的瑞士数学家莱昂哈德·欧拉在他的著作《无穷小分析引论》中普及了这种命名方式。随着计算科技的发展,圆周率“π”的数位计算越来越精确,当然了,电脑的出现更是让π的计算有了飞跃式的进展。在1946年,世界上首台计算机ENIAC问世,这台机器拥有占满整个房间的庞大体积,计算能力甚至达不到现在任何一台智能手机的千分之一,也计算出了π的2037位小数。随着计算机的发展,最新一代的计算机已经能够计算出π的一百多亿数位了。虽然数学家计算圆周率的小数位这件事看上去更像某种消遣的游戏,或是一种奇葩的爱好,但是计算圆周率时产生出的各种新方法最终往往被运用在其他科学领域。

科学逸事:记住,不要把π和另外一个名字近似的常数“Phi”(φ)混淆在一起。“Phi”被称作“黄金分割数”,约为1.618。这个数字和著名的“斐波那契数列”有关。在这个数列中,从第3项开始,每一项都等于前两项之和:0,1,1,2,3,5,8,13,21,34……这些数字恰好能够用来描绘自然界中较为常见的螺旋结构:螺旋星系、鹦鹉螺壳,还有向日葵籽的排列方式(当然,这里的排列指的是葵花籽还没被摘下来的时候)。

20世纪,一位英国的业余数学爱好者威廉·尚克斯用长达20年的时间研究并亲自计算出π的707位小数,遗憾的是,只对了525个数。事实上,一直都有人用尽全力想要赶在别人前面计算出新的π的小数位。后来,人们引入了计算机这个先进的设备,大家又拼命想要成为最先了解到这个无限小数新的数位进展的人。为了记住π的前几位数字,人们还特地编写了各种诗歌和口诀来辅助记忆,这些口诀被叫作“π之歌”。因此,一批记忆天才随之出现,他们是能够背出π小数点后最多数位的人。世界纪录的保持者是中国人吕超,他在2005年11月20日背诵出π小数点后面的67890位,并且一位也没错,总共耗时24小时4分钟。美国歌手凯特·布施也曾经写过一首有趣的歌曲,歌词里写出了圆周率小数点后的20位数字。还有一种很有趣的猜想:因为π是一个无理数,小数点后的所有数字都是无序出现的,所以,你的身份证号码或者你的手机号有可能正好和π的某些数位一模一样。有些网站可以专门替你查找这种现象。如果真的是这样的话,那么π这个数字就包含了你的隐私信息,但是你却无法指控圆周率盗窃了你的隐私。无论如何,这纯粹是巧合罢了。

上述有关π的数学现象和社会现象引发了很多讨论。霍华金·纳瓦罗在《数字π的秘密》一书中谈到流行文化中存在着一种“π的狂热症”现象:你可以在网上买到印有π的文化衫,可以加入圆周率粉丝俱乐部,还可以去美国西雅图观看花巨资打造的主题雕像。有一部名为《π》的心理学恐怖电影,它讲述了一位偏执狂数学家的奇遇。主人公数学家固执地认为世间的一切真相都可以用数字来表达,他把股市与犹太教的神秘传说放在一起研究,结果意外地发现了惊天阴谋,因而被人四处追杀。这不是唯一一部关于这个数字的电影,著名演员朱迪·福斯特出演的《联系》也是由卡尔·萨根撰写的一本关于π的小说改编而来的,还有英国导演阿尔弗雷德·希区柯克执导的《冲破铁幕》。当然了,《辛普森一家》里有一集专门提到了圆周率;著名英国摇滚乐队“石玫瑰”写过关于圆周率的歌曲;波兰女诗人辛波丝卡为之写过诗。

综上所述,我非常鼓励大家成为π这个数字的粉丝。没准你未来会成为圆形餐盘(是的,就是我们每天吃饭时用的盘子,只要不是方的就行)、呼啦圈或者甜甜圈的生产商,或者你会去从事其他一些不那么有趣的行业,如物理学、数学或者工程研究。但是,不管做什么工作,你曾经学到的有关圆周率的知识都能够派上用场。