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从自然界存在的常数谈起

已有 6208 次阅读 2011-6-26 20:37 |个人分类:科研随想|系统分类:科研笔记| 常数

1 自然指数e

定义lim(1+1/x) xx->∞,其值约为2.71828,,是一个无限不循环小数。

人们在研究一些实际问题,如物体的冷却、细胞的繁殖、放射性元素的衰变时,都要研究:

lim(1+1/x) x

x趋近无穷时的极限。正是这种从无限变化中获得的有限,从两个相反方向发展(当x趋向正无穷大的时,上式的极限等于e= 2.71828……,当x趋向负无穷大时候,上式的结果也等于e=2.71828……)得来的共同形式,充分体现了宇宙的形成、发展及衰亡的最本质的东西。

2 黄金分割数 0.618

把一条线段分割为两部分,使其中一部分与全长之比等于另一部分与这部分之比。其比值是一个无理数,取其前三位数字的近似值是0.618。由于按此比例设计的造型十分美丽,因此称为黄金分割,也称为中外比。这是一个十分有趣的数字,我们以0.618来近似,通过简单的计算就可以发现:

  1/0.618=1.618

  (1-0.618)/0.618=0.618

这个数值的作用不仅仅体现在诸如绘画、雕塑、音乐、建筑等艺术领域,而且在管理、工程设计等方面也有着不可忽视的作用。

3 圆周率 p

p=圆周长/圆直径,比值不变。

4 重力加速度 g

g=W/mg=9.8,不管在地球上任何地方,重量与质量的比值为一常数。

5 费根鲍姆常数

某些数学映射用一个单独的线性参数来展示表象随机的行为,即混沌(chaos),这个参数的值在一定范围之内,参数值在被增大的过程中,其映射会在参数的一些特定值处形成分岔(bifurcations),最初是一个稳定点,随后分岔表现为在两个值之间摆动,然后分岔表现为在四个值之间摆动,以此类推。1975年,费根鲍姆用HP-65计算器计算后得出,这种周期倍增分岔(period-doubling bifurcations)发生时的参数之间的差率是一个常数,他为此提供了数学证明,下面是有关的两个常数δα

δ=4.6692016091…

α=2.5029078750…

  他进一步揭示了同样的现象、同样的常数适用于广泛的数学函数领域,这个普适的结论使数学家们能够在对表象不可捉摸的混沌系统的解密道路上迈出了第一步。这个极限率ratio of convergence)现在通称为费根鲍姆常数。1978年他发表了关于映射的研究的重要论文 Quantitative Universality for a Class of Nonlinear Transformations 《一个非线性变换类型的量子普适性》,其中特别谈到了对于混沌理论有直接意义的Logistic映射。

混沌系统够复杂了吧,其演化过程竟然存在常数,真是出人预料,不可思议啊。

此外,自然界还存在许多常数,如万有引力常数,普朗克常数等,在此不一一例举。

自然界中常数的存在,说明自然界的发展演化是很有规律的,且其本质规律不是复杂,而是简单。如果您的研究发现是“与该有的因素都有关”,并非说明您的研究错了,只是说明您的研究深度还不够,还未寻找到“根上”,还需要进一步“刨根问底”,找到其本质的规律性。

通过对以上几个常数的介绍,说明大自然演化有其特定的规律性。如果您的研究未找到某种规律性,并非说明自然现象没有规律,只可能是您还未找到而已。

愿我们的科学研究不仅向“横向”拓展,尤其要向“纵深”进军,以发现自然界的“简洁美”,以发现自然界早已存在的“常数”。

备注:以上某些常数的定义和概念通过“百度百科”搜索得到。



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