
编者按:在数字与甜点的奇妙交汇处,每年3月14日都上演着一场科学与趣味的狂欢——圆周率日。这个源自1988年的节日,早已从物理学家拉里·肖的灵光一闪,演变为全球数学爱好者与美食家的年度盛宴。当人们举着π字旗帜游行、争抢代表数字的号码牌时,这个无限不循环小数正以我们看不见的方式,悄然支撑着人类文明的星辰大海。从深空探测器的轨道计算,到医疗检测的微流控技术,π如同隐形的骨架,贯穿于科学与生活的每个角落。让我们透过这篇编译文章,一探这个神秘常数如何从黑板公式跃入现实,成为连接宇宙奥秘与人间烟火的魔法数字。
洛杉矶(美联社)——每年3月14日,数学迷和甜品爱好者都会欢聚一堂庆祝圆周率日,这个日期恰好对应数学常数π的前三位数字3.14。
π代表圆的周长与直径之比,其近似值为3.14159——但它的数字无限延伸永无止境。在学校里,你可能用它计算过圆面积或圆柱体积。但π的应用远不止于此,它渗透在我们世界的每个角落。
这个节日由旧金山探索馆科学博物馆的物理学家拉里·肖于1988年创立。
“他拥有开阔包容的世界观,并从这个数字和数学概念中看到了契机,能邀请人们共同体验数学学习的乐趣,”博物馆公共项目主任萨姆·沙克兰德说道。他在肖2017年去世前曾与其共事。
最初这只是员工吃着馅饼的小型庆祝活动,很快发展成数百名参观者手持数字牌环绕π神殿游行的盛大仪式。参与者常早早到场,就为在游行中抢到心仪的数字。沙克兰德透露,一位颈间纹着π符号的女士每年都会举着π旗走在队伍前列。
庆祝活动在下午1点59分开始,象征着π接下来的三位数字159。
以下是π在尖端科学领域的几种神奇应用。
加州大学洛杉矶分校教授阿尔图尔·达沃扬表示,在他所处的机械与航空航天工程领域,π基础到几乎无法单独挑出某个应用场景。
“从航天器运动轨迹、材料特性分析到推进系统设计,几乎所有计算公式都离不开π,”达沃扬解释道。
任何圆形物体或具有周期重复特性的事物——比如无线电波——都涉及π。达沃扬指出,即便是方形或不规则物体,也能分解为一系列逐渐缩小的圆形,并通过π进行计算。
达沃扬的研究专注于开发新型推进系统,以期让航天器更快抵达太阳系边缘采集数据并传回地球。他以NASA1977年发射的旅行者1号、2号为例,这两艘探测器直到2012年和2018年才飞出星际空间。
要向这些深空探测器发送信号,NASA必须用π精确计算地球绕日轨道位置,并设计通信天线。当科学家接收并解析传回地球的复杂信号时,π将再次发挥作用。
“假设外星文明向我们发送未知信号,”达沃扬说,”首要步骤就是将其分解为简单函数……而这个过程会自然而然地引出π。”
在研究微量流体时,π也频繁现身。
加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院生物工程系主任迪诺·迪卡洛的研究,涉及用聚合物制造充当微型试管的微粒。这项技术成为精细观测细胞、探索其功能与内部结构的重要工具。
迪卡洛指出,π常数被用于计算液滴成形过程、决定液滴破裂方式的表面张力,以及控制微流体体积的关键参数。
迪卡洛团队正运用该技术寻找能阻断癌细胞信号的抗体——这些微小蛋白质是人体内的疾病战士。
当研究液体流经管道与屏障的行为时,π同样是核心计算要素。比如居家新冠检测中液体样本横向缓慢流动的过程。
迪卡洛利用这些特性开发了莱姆病新型检测法,将原本需要数日甚至数周的检测过程缩短至20分钟。
“作为工程师和科学家,π就是生活的一部分,”迪卡洛感慨道,”或许我们早已习以为常,却从未真正察觉它的无处不在。”
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