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古戈?duì)枺ㄒ恢嫶蟮耐庑桥炾?duì))
其實(shí)我們并不理解這些數(shù)字到底意味著什么。
——戴維斯·托克曼
道格拉斯·亞當(dāng)斯在經(jīng)典著作《銀河系搭車客指南》中講過一個(gè)故事——一支龐大的外星艦隊(duì)前來襲擊地球,結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)自己在尺度上犯了一個(gè)致命的錯(cuò)誤。這支大軍剛在公園里著落,就被一條小狗吃掉了。
這則故事簡直讓人笑噴,同時(shí)也讓我們對尺度有了新的認(rèn)識和思考。
剛開始學(xué)習(xí)自然數(shù)的小朋友經(jīng)常喜歡比誰說的數(shù)大。
小朋友學(xué)了100以內(nèi)的數(shù),如果一個(gè)說“我有99個(gè)XXX”,另一個(gè)則會(huì)說“我有100個(gè)XXX”。
而當(dāng)他們學(xué)了千、萬、億之后,就會(huì)覺得一萬、一億是非常大的數(shù)。
再往后,等他們對位值制有了懵懵懂懂的認(rèn)知后,大概會(huì)這么說:1后面100個(gè)0......
1后面100個(gè)0,這隨口一說的數(shù),其實(shí)還有個(gè)學(xué)名,叫古戈?duì)枺╣oogol)。這個(gè)數(shù)的由來可是有典故的。
1938年,數(shù)學(xué)家愛德華·卡斯納讓9歲的侄子米爾頓給一個(gè)大得不可思議的數(shù)取個(gè)名字。米爾頓當(dāng)時(shí)就回答說叫古戈?duì)?,并且把它定義為1后面100個(gè)0。
這個(gè)數(shù)寫成指數(shù)的形式就是10100。
事實(shí)上,這個(gè)數(shù)已經(jīng)相當(dāng)大了,比宇宙中已知的粒子個(gè)數(shù)還要多。但這個(gè)9歲的孩子顯然還不滿足,他又提出一個(gè)新的數(shù),稱為古戈?duì)柶绽湛怂?googolplex)。一開始,孩子希望把這個(gè)數(shù)定義為“寫零寫到手酸”,但他后來決定將它標(biāo)準(zhǔn)化,定義為:1后面古戈?duì)杺€(gè)零。
從這個(gè)小小的變化,我們可以看出米爾頓的數(shù)學(xué)天賦。要知道,“寫零寫到手酸”可只是一個(gè)模糊的用語,在數(shù)學(xué)上是非常不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?。就像很多孩子?huì)蹦出“無窮”這個(gè)數(shù),而他們口中的無窮只是一個(gè)模糊的概念。但是米爾頓隨后精確定義的googolplex,則體現(xiàn)了數(shù)學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)性。
古戈?duì)栆呀?jīng)足以涵蓋宇宙了,那1后面古戈?duì)杺€(gè)零到底有多大呢?
googolplex,用數(shù)學(xué)來定義,其實(shí)也就是下面這個(gè)數(shù):
但是,這個(gè)數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們?nèi)祟惖南胂髽O限。
我們不妨來看兩個(gè)“更小”的數(shù):
我們知道,44=256,是我們能感知的數(shù),后面這個(gè)數(shù)看起來好像也不大,會(huì)是44的多少倍呢?而事實(shí)是:
看到?jīng)],這竟然是比古戈?duì)栠€大很多很多的數(shù)!
很多人都知道下面這個(gè)古老的故事。
一位國王打算賞賜一位大臣,說他想要什么都可以滿足他。這個(gè)大臣說,沒有什么特別的要求,只希望在國際象棋的第一個(gè)格子里放1粒米,第二個(gè)格子里放2粒米,第三個(gè)格子里放4粒米,第四個(gè)格子里放8粒米,依此類推,直到放滿64個(gè)格子的米。
這個(gè)要求看上去并不苛刻,國王很爽快地答應(yīng)了。然而,這位國王顯然不知道指數(shù)增長的威力。
這個(gè)故事很好地詮釋了指數(shù)式增長到底有多么恐怖。而我們上面給的例子則比指數(shù)增長更為恐怖,被稱為“超冪”。
2021年第一天,有人在群里探討時(shí)間尺度的問題:在地質(zhì)時(shí)鐘上,人類意識僅在午夜的最后一分鐘才出現(xiàn)。
其實(shí),這句話蘊(yùn)含的就是時(shí)間尺度的問題。我們?nèi)祟愑X得幾千年甚至上百萬年很長,但相對于地球的演化來說,只是一瞬間。一個(gè)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)娜河延羞€專門為此手繪了一個(gè)地質(zhì)時(shí)鐘。
其實(shí),不僅僅是時(shí)間,包括距離、溫度、聲音、光譜,人類能感知的尺度都比宇宙的尺度要小得多。雖然人類知道世界的基準(zhǔn)并不是人類尺度,但他們希望是。關(guān)于此,我寫過一篇文章《人類尺度 vs 宇宙尺度》,感興趣的朋友可以讀一下。
說到這兒,我突然想起自己之前讀過一本非常好的介紹宇宙尺度的書,名叫《宇宙的尺度:從無窮大到無窮小》。這本書以上帝的視角介紹了超越人類感知的數(shù)字、尺寸、光、聲、熱和時(shí)間。無論孩子還是大人,都能從中感受到宇宙和大自然的美和浩渺,而人類真的連大海里的一粒沙子都算不上。
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