当中国数学家祖冲之在公元5世纪第一次将π值精确至小数点后第七位时,一定未曾料想,十几个世纪之后,每年的3月14日都会因这个奇妙的数字,而被命名为“国际数学日”。
人们用各种极富创意的方式,庆祝“π日”的到来——麻省理工学院选择在这一天向新生发送录取通知书,联合国教科文组织甚至为“π日”建立了专属网站,并发布2025年度挑战任务——用寻常事物构建数学元素,将数学从课本带入现实。
“π”是一块基石,也是一种象征。人们从它的身上窥探理性王国的璀璨光芒,也破解人类文明长河的数学密码。从手机通信的编码奥秘到芯片设计的精密算法,从AI推理的思维链条到教育革新的深层逻辑,人类尝试用这颗智慧明珠拓展自身认知的边界。当人工智能逐渐成为“数字镜子”,数学教育正站在变与不变的十字路口:工具在革新,答案可被生成,但人类追解答案的勇气不可替代。
【解读】
圆周率π到底有什么魔力
3月14日,是世界圆周率日,也是国际数学日。为一个常数专门设立一个全球范围内庆祝的节日,便足以证明π的重要地位。
每年的3月14日,全球各地的一些数学爱好者会在凌晨或下午1时59分或下午3时9分(15时9分)庆祝,以象征圆周率精确到小数第5位的近似值3.14159,有时甚至精确到26秒,以象征圆周率精确到小数第7位近似值3.1415926。
而自从2019年11月26日被宣布创立,今年已经是我们庆祝的第六个π日了。
π是一个数学常数,表示圆的周长与直径的比值,它在物理学、天文学、工程学等领域有广泛应用。圆周率日不仅庆祝数学,也提醒人们数学在生活中的重要性。
它是一个无限不循环数字的前三位,它有很多实际用途。在世界上的很多地方,许多人会用一片馅饼或披萨来纪念这一天。
π日本身可以追溯到1988年,当时一位叫拉里·肖的物理学家在美国旧金山的探索馆科学博物馆开始和同事们庆祝。直到20年后,这个节日才真正得到全世界的认可,一些国家将每年的3月14日定为大日子,希望能激发人们对数学和科学的更多兴趣。
π被认为是一个常数,也是无限的,这意味着它在数学上是不合理的。早在计算机出现之前,像艾萨克·牛顿这样的历史科学家就花了很多时间手工计算π的小数位。如今,研究人员使用复杂的计算机,已经为圆周率算了数万亿个小数位,但依旧没有尽头。
1706年,威尔士数学家威廉·琼斯开始使用希腊符号来表示这个数字,它才被命名为π。恰好,π的英文单词Pi,是单词“周长”和“直径”中的第一个希腊字母。
这个数字是准确地将天线指向卫星的关键,它有助于计算从炼油厂设备所需的巨大圆柱体大小到打印机所用纸卷大小的所有信息。
π还可用于确定为各种尺寸的建筑物中的供暖和空调系统提供服务的水箱的必要规模。
世界各地的航天机构每天都在使用圆周率π,这是计算轨道、行星和其他天体的位置、火箭推进要素、航天器通信的关键,甚至是当飞行器返回地球或降落火星时降落伞能得到正确部署的关键。
很难想象,如果一个文明没有发现圆周率π,他们的科技将如何发展。科学家们表示,只需使用9位数的圆周率,就可以准确地计算地球周长,每40000公里的误差只有约0.6厘米。
不过,这不仅仅是数学,每年的圆周率日都为人们提供了一种庆祝数学、享受乐趣并认识到数学在我们生活中的重要性的方式。一些大学附近的蛋糕店每年都会在3·14这天收到上百个订单。
“圆周率日是一个非常有趣的节日,人们喜欢把π变成有趣和美味的东西,所以人们用美味的馅饼来庆祝圆周率日,这只是一个小小款待的借口。”一位蛋糕店老板如是说。
NASA每年都会在网上举办“圆周率日挑战赛”,为人们提供大量游戏和谜题,其中一些游戏和谜题直接来自航天局自己的游戏手册,例如计算小行星的轨道或月球车每天勘测某个月球区域所需的距离。
更浪漫的是,有两位著名的科学家的命运都“幸运”地跟π这个数字联系到一起。一位是阿尔伯特·爱因斯坦,这一天也是他的生日。另一位是著名物理学家斯蒂芬·霍金,他于2018年3月14日离开这个世界。尽管如此,圆周率在他心里并不是一个完美的数字。他曾经说过:“宇宙的基本规则之一是,没有什么是完美的,完美根本不存在,如果没有不完美,你和我都不存在”。
威廉·舒哈夫在《π的自然与历史》中写道:“可能没有一个数字像π那样神秘、浪漫、被误解或激发人们的兴趣。”
或许数学这门学科就是如此,它是一门浪漫的语言,描绘着整个宇宙的一切规律与无序。圆周率是无穷无尽的,正如人类对于数学的探索没有尽头,对于数学的兴趣与热情也不会有尽头。
真与美之间,数学最短。
哪个“π”在你心中最有“派”
直径0.01毫米
π×0.01×0.01/4≈0.0000785平方毫米,是0.01mm极小径铣刀的横截面积,约是头发丝横截面积的1/100。工具的精细化程度,体现着一个国家制造业基础工艺的水平。中国五矿所属中钨高新金洲公司在2019年研发并批量生产0.1mm微型钻头后,马上向0.01mm极小径铣刀发起了冲击,终于在2021年国庆节前一天,研发生产出了我国第一支0.01mm极小径铣刀,被誉为“最精致的工业牙齿”。
直径14.57米
π×14.57×14.57/4≈166.64平方米,是世界最长、直径最大的海底高铁隧道盾构机——“定海号”的刀盘圆面积。由中国铁建自主研发、制造的超大直径盾构机“定海号”由10余万个零部件组成,最大开挖直径14.57米,总重量达4350吨,是普通盾构机重量的8倍。该设备用于世界最长、直径最大的海底高铁隧道——甬舟铁路金塘海底隧道建设。
直径87米
π×87×87/4≈5941.66平方米,我国首个整体建造的圆筒型浮式生产储卸油平台“希望六号”的底部面积。它集油气生产、储存及外输功能于一身,相当于一个海上的油气处理工厂。平台最大原油处理能力4.4万桶/天,最大原油存储量为40万桶,同时具备31.6亿标准立方英尺的气体处理能力。圆筒形结构使其可在恶劣海况和严寒条件下连续作业,预计连续海上服役年限达20年。
直径201.2米
π×201.2×201.2/4≈32000平方米,是国内首台27万方LNG储罐的底面,罐内空间可停放一架国产C919大型客机,是目前国内容积最大、建设速度最快、国产化率最高、首座建成投用的超大型液化天然气储罐。2023年—2024年供暖季来临前,该储罐在中国石化青岛LNG接收站正式投入使用,新增储气能力1.65亿方,可满足216万户家庭供暖季5个月的用气需求,大幅提升了华北地区天然气供应保障能力。
直径260米
π×260×260/4≈5.3万平方米,是中国船舶集团中船海装自主研制的全球首台18兆瓦半直驱海上风电机组H260-18M叶轮扫过一圈的面积,相当于7个标准足球场大。在满发风速下,该机组每转动一圈可发44.8度电,单台机组每年可输出超过7400万度清洁电能,可满足4万户三口之家一年的用电量,可减少燃煤消耗2.5万吨、二氧化碳排放6.1万吨,具有显著的节能减排效果。
据国资小新微信公众号