国学经典,永久流传《诗经朗诵全集》
《诗经朗诵全集》带你领略国学经典,永久咏传。...
2023-07-31
在卡尔·萨根的科幻小说《接触》中,一个外星人曾经说过,小数点后π的随机性和无序性在一定位数后就会停止,在小数点后10位之后,就会出现一个用0和1写的有用信息。
萨根说的是真的吗?我们离这里有多远?
最近,来自瑞士的研究人员宣布,他们可能打破了一项新的世界纪录。利用DAViS(数据分析、可视化和模拟中心)的超级计算机,团队得到了迄今为止对数学常数π最精确的估计,其精度达到了小数点后62.8万亿(6.28× 10)。
在此之前,相关世界纪录来自美国计算机专家蒂莫西·穆里肯(Timothy Mullican),他在2020年1月计算π的50万亿位小数,耗时8个多月。
这项新的研究不仅在之前研究的基础上将π的精度提高了12万亿位小数,而且仅用了108天9小时就完成了计算,其计算速度已经将之前的记录远远甩在身后。
目前,这一新记录的细节尚未公布,新的计算结果正在等待验证和最终确认。
众所周知,圆周率是指任意圆的周长与直径之比。起初,威尔士数学家威廉姆·琼斯引入了希腊字母π来表示圆周率。后来,当莱昂哈德·欧拉使用这个符号时,π成了圆周率的标准符号。
π的概念小学生很容易理解,但是它的小数位数就没那么好算了。像1/7这样的数字(≈0 . 14611 . 888788888785...)小数点后有无限位,但这些数字每6位循环一次,很有规律。但π是典型的无理数,即不能用分数来表示,小数点后无限个数也没有重复的模式。
而且π是一个超越数,简单来说就是不能用任何以整数为特征的简单方程来定义。
π的近似值是3.1415926536。只需小数点后10位,我们就能以毫米的精度计算出地球的周长。如果小数点后有32位小数,我们就可以用氢原子宽度的精度计算出星系的周长。只要小数点后有65位小数,就可以用普朗克长度,即最短可测距离的精度,计算出哈勃体积的大小。
那么,还剩下那么多小数位有什么用呢?简而言之,它们在科学上几乎毫无用处。
但从古至今,全世界的数学家,以及后来的计算机科学家,都在不断尝试计算π。最直接的原因就是我们对π的本质还有很多疑问。尽管经过了几个世纪的研究,但仍有一些关于其十进制发展模式的根本问题没有得到解答。
推测π应该是一个正态数,也就是说数字和序列应该是同频出现的。例如,我们希望数字3和数字8出现的频率相同,数字字符串12345和99999出现的频率相同。但现在我们甚至不知道0到9这10个数是否以相同的频率出现在π的小数位数上,更不知道是否存在更复杂的模式。
除此之外,更重要的是,很多人对π的兴趣并不局限于数字本身,而是期望开发和测试新的高精度乘法算法和超级计算机的性能。
找到一个计算π的新公式,加深了我们对数字的数学理解,同时也给科学家在寻找的过程中一个有趣的竞赛。特别是随着微积分和无穷级数技巧的发展,计算π的技巧发生了很大的变化。
比如2020年破纪录的时候,Muliken用的无穷级数就是1988年提出的chudnovski算法,这是一个非常高效的计算公式,每增加一项就能把π的分数提前14位数左右。
从计算机的角度来看,优化π的计算也可以使计算机硬件和软件从我们生活的许多其他领域受益,从准确的天气预报到DNA测序,甚至是新冠肺炎氏病的建模。
在这次最新的计算中,其计算速度是之前的3.5倍,这也说明超级计算的性能有了大幅提升。
虽然计算的细节尚未公布,但很多人期待这些数字中会出现一些有趣的数学宝藏。
我们永远不会“完成”π的分数的计算,总有更多的数字需要搜索,新的记录可以不断被打破。越来越多的数字背后隐藏着什么?没人知道。
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