两个“常数”的神奇

　　蔡汉以

　　2019-09-08

　　数学的圆周率“π”是个常数；物理学量子电动力学的“一串精细结构0.0072973” 大约为1/137也是常数。那么，什么叫常数呢？如果从字面上理解，常数就是指固定不变的数值。

　　但是，这样说，对别的“常数”也许是正确的，而对---圆周率“π”和量子电动力学“一串精细结构0.0072973”大约为1/137来说是错误的！因为这两个“常数”是无限不循环的数！(圆周率即周长和直径的比，约为3.1416)

　　无限不循环的数---意味着科学家即使花费再多时间和精力去计算，即使计算的速度已经达到了光速，还是不可能算出，这个数的尽头！那真是“烟波茫茫，彼岸何方？”

　　为了找到圆周率的尽头“彼岸”，中国南北朝时期杰出的数学家、天文学家---祖冲之，做出杰出成就！

　　祖冲之(429-500年)，字文远。出生于建康(今南京)；祖籍范阳郡(jùn)遒(qiú)县(今河北涞(lái)水县)，中国南北朝时期杰出的数学家、天文学家。他把圆周率进一步得出，精确到小数点后7位的π值（约5世纪下半叶），给出不足近似值3.1415926和过剩近似值3.1415927，还得到两个近似分数值，密率355/113和约率22/7。

　　他的辉煌成就比欧洲至少早了1000年。其中的密率在西方直到1573才由德国人奥托得到，1625年发表于荷兰工程师安托尼斯的著作中，欧洲不知道是祖冲之先知道密率的，将密率错误的称之为安托尼斯率。

　　我国在秦汉以前，通常以“径一周三”做为圆周率，这就是“古率”。后来发现古率误差太大，圆周率应是“圆径一而周三有余”，不过到最后还是没有统一到底是多少。到了三国的时候，刘徽提出了计算圆周率的科学方法—“割圆术”，用圆内接正多边形的周长来逼近圆周长。祖冲之在前人成就的基础上，经过刻苦钻研和反复的演算终于得出了现在的圆周率。在古代，实际上长期使用 π＝3这个数值，巴比伦、印度、中国都是这样的，到公元前2世纪，中国的《周髀(bì)算经》里已有周三径一的记载。东汉的数学家又将 π值改为3。16。

　　真正使圆周率计算建立在科学的基础上，首先应归功于阿基米德。他专门写了一篇论文《圆的度量》，用几何方法证明了圆周率与圆直径之比小于22/7而大于223/71 。这是第一次在科学中创用上、下界来确定近似值。

　　但是，自圆周率出现开始，人们对于这个常数，就好像着了魔一般，几乎在每一个时代都有人在刷新圆周率的上限，而到目前为止，人类已经利用超级计算机算出了圆周率后31。4万位的数值了？那么，再计算下去还会有意义吗？

　　科学家的回答是肯定的，甚至，有科学家还认为圆周率的数值中包含了宇宙所有的秘密，只要将圆周率算尽，宇宙的秘密就会全部得到解锁。

　　但现如今，圆周率的地位受到了挑战，科学家最新发现，这串数字不仅可以挑战圆周率的地位，而且，比起圆周率，研究它还可能解开多维宇宙的终极秘密。

　　这串数字就是0.0072973。在上个世纪，物理学家在量子电动力学的研究中，意外发现了一串精细结构的常数0.0072973，大约为1/137。

　　0.0072973之所以被认为是无比重要的，是因为这串数字是亘古不变的，它决定了恒星是如何燃烧的，以及原子是否存在，化学反应乃至生命的进化形式，可以说，这串数字蕴含了宇宙的所有秘密。

　　那么，在这样一串恒定不变的数值当中，如果发生了细微的变化，是否就能说明宇宙并不只有一个了呢？我们可以这样理解，假如我们抛出一个骰(tóu)子，在当前的宇宙中只能并且永远只能抛出数字一，但在别的宇宙中却抛出了数字二，这样是否说明平行宇宙是存在的呢？

　　而为了证实0.0072973这串数字是否发生过变化，澳大利亚的物理学家韦伯及其团队利用凯克望远镜对自大爆炸以来，光线穿过特定星云后的波长变化进行观察。结果发现，在收集的23个光谱数据当中，从120亿到60亿年前以来，精细结构0.0072973确实发生了细微变化，大约增加了百万分之六。

　　这两个“常数”十分神奇！