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圆周率的计算:π在每个宇宙的值是否相同

科学探索万象经验2023-05-08

欧几里得空间是指满足欧几里得公理系统的空间。欧几里得公理系统包括五条基本公理和一些推论定理。其中最重要的一条公理就是平行公理:经过直线外一点,有且只有一条直线与之平行。

但是,并非所有可能存在的空间都是欧几里得空间。事实上,在19世纪以前,人们曾经认为只有欧几里得空间才能符合逻辑和自然法则。但随着数学和物理学的发展,人们逐渐发现了非欧几里得空间。

那么在球面上,圆周率又是多少呢?答案是没有一个确定的值。因为在球面上,圆周率取决于圆的大小。如果我们画一个很小的圆(相对于球面半径),那么它看起来就像平面上的圆一样,其周长与直径之比接近于3.14…;但如果我们画一个很大的圆(接近于半个球面),那么它看起来就像一条直线一样,其周长与直径之比接近于1。

更一般地说,在任何非欧几里得空间中,如果我们画一个很小的圆(相对于空间曲率),那么它看起来就像平面上的圆一样,其周长与直径之比接近于π;但如果我们画一个很大的圆(相对于空间曲率),那么它看起来就不像平面上的圆一样,其周长与直径之比就会偏离π。

那么,在非欧几里得空间中,圆周率是如何计算的呢?一种方法是使用所谓的高斯-博内定理。这个定理告诉我们,在任何曲面上,一个小区域的高斯曲率与该区域内三角形内角和与180度之差成正比。换句话说,如果我们在一个曲面上画一个小圆,并在圆内划分若干个三角形,那么这些三角形内角和与180度之差就可以反映出这个圆周率与π之差。

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