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科学家如此执着的计算圆周率,不断地更新记录,到底是为了什么呢?

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科学家如此执着的计算圆周率,不断地更新记录,到底是为了什么呢?

你永远不知道人们会拿圆周率来做什么,曾有人将其当成记忆力大赛的范本来使用,而中国人竟然让圆周率与飞花令相结合,要求参赛者顺着圆周率的数字说出带有该数字的古诗,让人们感慨,整个过程感觉就像是“计算机问答”

当圆周率遇上飞花令……

那么,在大家的印象中,圆周率被算到第几位了呢?大部分人应该都表示,算到第几位我不记得,而背的话可能只能背出小数点后五位数。实际上,现在圆周率已经被算到了62.8万亿位

所以,科学家如此执着的计算圆周率,不断地更新记录,到底是为了什么呢?

圆周率(Pi),一般用希腊字母π表示

圆周率计算再创新纪录

圆周率作为圆的周长与直径的比值,早在几千年以前就被人们发现了。不过苦于那时并没有好的计算方法,所以圆周率的数值计算一直存在着偏差。随着一代又一代数学家奔赴圆周率演算的现场,将圆周率的研究推向了新的高峰

尤其是在计算机出现之后,圆周率的记录就一直处于更新当中。在2019年的国际圆周率日到来时,谷歌就表示圆周率的计算已经达到了小数点后的31.4万亿位。大家本以为此次计算是为了纪念圆周率日,毕竟31.4万亿位这个数字实在是太夸张了。

公元前600年,古印度对圆周率的记载

没想到,两年之后,瑞士的科学家就再次刷新了这一记录。2021年的8月5日,瑞士的格劳宾登应用科学大学的研究团队表示,他们利用模拟能力中心的超级计算机,将圆周率算到了62.8万亿位,刷新了圆周率的数值记录。值得一提的是,整个计算时间长达108天,可见,就算有超级计算机的帮助,计算圆周率也是一件很麻烦的事情

那么,为什么科学家这么的执着,非要将圆周率的计算位数进一步更新呢?这样的计算除了能刷新记录以外真的有价值吗?

圆周率到底有什么魅力?

圆周率的探索意义

圆周率作为一个无限不循环小数,它的计算可以说是“永无尽头”。而圆周率在现实当中一般都取近似值3.14去使用,哪怕是有些专业对圆周率的精确度有着更高要求,也不需要将其计算到万亿位。

可尽管如此,许多科学家依旧沉迷于圆周率的计算,他们到底在执着些什么呢

多次打破圆周率世界纪录的金田康正

实际上,从人类对圆周率的千年探索来看,圆周率代表的早就不是单纯的一串数字或者比值了。它代表着数学的本质也就是严谨与专一。想象一下,圆周率的探索史上,有多少来自不同地域的人,他们素不相识,却在为一样东西共同努力和钻研,就此圆周率成为了数学当中一个颇具象征意义的东西。

最早把π推进到小数点后七位的科学家

当然,除了象征着严谨和执著探索的精神之外,圆周率的计算对于现代来说,依旧具备着非凡的意义,具体可以从以下几个方面来说。

墨尔本大学数学和统计学教授简·德·吉尔表示:“能够接近圆周率的精准值很重要,因为这个数字常数有着许多不同的实际用途。”

π背后所蕴含的奥秘远超我们的想象

首先,从数学研究领域来说。人们可以通过计算圆周率的数值,发现新的数学概念或者方法。要知道,虽然现在超级计算机可以帮我们完成计算并提高速度,但是依旧需要科学家设计出更高效的计算公式以供其使用。而反过来思考,圆周率计算的速度不就可以证明计算公式的优劣性了吗

因此,大家需要明白一点。超级计算机在整个计算过程当中只起到了辅助作用,真正起着决定性作用的还是那个公式,换句话说就是“人的智慧”。为此,不少人曾在网上戏称,如果人类哪天真的将圆周率“算尽”了,那说明世界末日就要来临了

科学计算时,会用到小数点后100位

其次,圆周率对于计算机应用领域也有着巨大的作用。咱们在上文中提到创造新纪录的那台计算机,可不是日常生活中使用的电脑,而是性能更强的超级计算机。因此,能否准确计算出圆周率的位数,计算时长又有多久,成为了人们验证计算机性能的“标准”所在

资料显示当Intel公司将奔腾(Pentium)计算机推出时,就是通过计算圆周率的数值发现此计算机中存在一个小问题,这就是圆周率计算到目前为止还不能停步的重要原因之一。

计算机让π的计算精度出现了质的飞跃

最后就是颇具争议的一点,有人认为圆周率为人类锻炼记忆力做出了贡献。不知道大家在上学的时候有没有刻意地去背过圆周率,又背到了第几位。不过偶尔用它来锻炼一下自己的记忆力还是非常不错的,毕竟大脑也会“用进废退”,背诵圆周率能够让咱们的记忆容量得到一定的“扩充”

小学五年级就背诵过的π

此外,各国为了记忆圆周率,都拿出了自己的方法。还记得咱们在上文中提到的,中国人将飞花令和圆周率相结合的事情吗

在记忆方面,中国也曾将圆周率的数值编成了一首打油诗,方便人们的背诵和记忆,具体是这样的:“山(3)一(1)石(4)一(1)壶(5)酒(9),二(2)侣(6)舞(5)仙(3)舞(5),罢(8)酒(9)去(7)旧(9)衫 (3)。”

中国传统文化中的圆周率

当然,国外为圆周率也作了不少诗,并且这种诗读起来还有些韵味。可见,不论是古代还是现代,人们总是会使用一些方法来帮自己记忆,果然“偷懒”这件事,不分地域也不分时间

不过,在圆周率的探索历史当中,大家还是没偷懒的。毕竟如果真的想在科学探索当中求得真知,光顾着偷奸耍滑是无法做到的。这样来说的话,圆周率的探索历史到底是怎样的?有哪些数学家在这之上留下了光辉的一笔?

圆周率:见证了数学的前世今生

“不疯魔不成活”的数学家们

古希腊数学家欧几里得,在自己的著作《几何原本》当中就明确提到圆周率是常数。而中国的《周髀算经》当中也有“径一而周三”的描述,由此可见,人们早在公元前就开启了圆周率探索之旅

《周髀算经》

首创圆周率计算方法的数学家是古希腊的阿基米德,他用圆内接正多边形和外切正多边形的方法来计算,不过这种计算存在一定的误差。所以执着的阿基米德,为了能够尽力贴近圆周率的真相,他开始将正多边形的边不断增加,直到利用正96变形算出了圆周率小数点的后三位

阿基米德的计算过程

后来,我国的数学家刘徽在公元263年的时候,采取了比较先进的割圆术,求得了圆周率等于3.14的数值。不过,数学家明显对这个数值不满意,所以过了大约200年,祖冲之将刘徽的算法改进,再度将圆周率的精度推进,计算到了小数点之后的第七位

以上时期,数学家都是在用几何法来计算圆周率。到了1579年时,人们开启了圆周率计算的新纪元。法国的数学家伟达,使用无穷表达式来表示圆周率的值,就此让圆周率进入使用解析表达式叙述的道路

刘徽的“割圆法”

总之,从古至今,不知道有多少数学家曾为这个“永无尽头”的不循环小数着迷,他们有的人一生,都在专注于研究圆周率。比如德国的鲁道夫,为了纪念他对圆周率的贡献,人们将他得出的数值作为了他的墓志铭,这是数学家们“不疯魔,不成活”的最好体现。

对于我们普通人来说,圆周率的计算或者晦涩的数学可能确实没什么存在的意义,但大家不知道的是,这些充满理性的数字其实早已组成了特殊的“数学文化”,在影响着我们

鲁道夫与其墓志铭

我们可以看不懂数学,但是却不能忽略数学文化为人类世界带来的巨大影响,当大家将数学的严谨和执着作风带到生活中时,你就会发现,你虽无法成为“数学家”,但却可以利用数学之风达到做事“事半功倍”的效果