探索科普:指數(shù)爆炸是什么?
發(fā)布時間:2021-04-21
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探索科普:指數(shù)爆炸是什么?

根據(jù)宇宙大爆炸理論,我們的宇宙具有138億年的歷史,并且還處于膨脹階段,由此就導(dǎo)致了一個名為“可觀測宇宙”的概念出現(xiàn),我們平常所講的宇宙,指的就是這個直徑足足有920億光年的球形可觀測宇宙。

指數(shù)爆炸是什么?1顆乒乓球,每秒翻1倍數(shù)量,5分鐘填滿宇宙?

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那么在理想狀態(tài)下,一顆乒乓球,使其數(shù)量能夠每秒鐘翻一倍,那么只需五分鐘就能填滿我們的宇宙嗎?

指數(shù)爆炸是什么?1顆乒乓球,每秒翻1倍數(shù)量,5分鐘填滿宇宙?

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提示:對應(yīng)講解視頻在我的主頁,視頻欄目下

再正式介紹前,我們先來聽一個非常有意思的小故事

說在印度古時候啊,一位大臣發(fā)明了國際象棋,他的國王很高興,于是讓大臣自己說出一個愿望,他都能幫他實現(xiàn),而這位大臣思考了一會兒后,對國王說:尊敬的陛下,我只請求您能給我一些麥粒就行了,能夠裝滿這個國際象棋的棋盤就行。

指數(shù)爆炸是什么?1顆乒乓球,每秒翻1倍數(shù)量,5分鐘填滿宇宙?

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不過有個小要求,那就是在棋盤的第一個格子放一粒麥粒,第二個格子放兩個,第三個格子放四個,以此類推,一直放到第64個格子就可以了。

國王一聽,哈哈大笑,這個要求太簡單了,就這么點麥粒,很爽快地就答應(yīng)了大臣的要求,于是喊來糧倉的管理員把對應(yīng)數(shù)目的麥粒拿過來,一開始還好,然后隨著格子往后,要的麥粒卻突然增加起來,最后管理員一算,放滿64格,整整需18446744073709551615(粒)!

如果用一個十米寬、四米高的箱子來裝的話,這個箱子的長度將達到兩倍日地距離(3億公里)!

指數(shù)爆炸是什么?1顆乒乓球,每秒翻1倍數(shù)量,5分鐘填滿宇宙?

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現(xiàn)在呢,我們再來看看乒乓球問題,估計很多朋友都感到疑惑,乒乓球那么小的東西,直徑不過四公分,而你說的宇宙,直徑足足有920億光年,這二者簡直是天壤之別的天壤之別啊!

其實麥粒和這個乒乓球問題背后涉及的原理都是一樣的,是一個數(shù)學(xué)概念了,叫做指數(shù)爆炸,其實很簡單,就是我們中學(xué)時期學(xué)的指數(shù)函數(shù)y=a的x次方

指數(shù)爆炸是什么?1顆乒乓球,每秒翻1倍數(shù)量,5分鐘填滿宇宙?

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從圖像上可以看到啊,這里a的值是大于一的,隨著x的增加,y的值從一開始的緩慢上升,然后突然變成急速上漲,于此就有個很形象的稱呼,叫做指數(shù)爆炸。

知道這個概念后,我們再來看這個乒乓球,雖然一個乒乓球的體積微不足道,但它的數(shù)量可是每秒鐘就能翻一倍啊,也就是每過一秒,就乘個2,因此其數(shù)量符合指數(shù)函數(shù),為y=2的x次方,而數(shù)量乘以單個體積就是總體積。

之后考慮到啊,由于乒乓球的為球體,所以堆在一起,不可能嚴絲合縫,因此它的空間利用率最高為74.05%,而我們的宇宙,其當前可觀測半徑為460億光年,所以算下來,只需要282秒,也就約為5分鐘就能塞滿宇宙。

其實還有個簡單的例子,那就是一張紙在對折103次的情況下,將會“戳穿”宇宙,其實和上面一樣,也是指數(shù)爆炸問題,比如0.1毫米厚的紙,對折103次之后厚度就變成一千多億光,不過實際情況下,一張紙不可能完好的對折那么多次,能有個十幾次已經(jīng)異常困難了。


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