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數學文化:宇宙的公式

來源:網絡資源 文章作者:奧數網整理 2018-08-21 14:52:14

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  太陽系里存在一個特定的模式嗎?圖片為太陽及其行星的概念畫。

  例如,在學校里,我經常被給一個數列,要求尋找能讓我延續該序列的數學模式。這有一例:

  0,1,2,4,8,16,32

  顯然這個序列是先添加1到0,然后它的每一個數加倍,得到下一個數。因此,序列應以64,128,256等繼續。現在,我們有

  0,1,2,4,8,16,32,64,128,256,512

  這似乎是很基本的,也不是特別有趣的。所以可以想象,當我在一個短暫的時期內發現這個表達式的一個修改版本似乎非常接近于解釋宇宙,我是如何的驚喜!

  下面告訴如何做到這點。

  將序列中的每個數乘上3:

  0,3,6,12,24,48,96,192,768,1024

  每個數再加4:

  4,7,10,16,28,52,100,196,388,772,1028

  最后,每個數除以10:

  0.4,0.7,1.0,1.6,2.8,5.2,10,19.6,38.8,77.2,102.8

  戴維·提丟斯(左)和約翰·波得

  為什么我做這一切呢?好吧,1766年,德國天文學家JohannDanielTitius發現該序列似乎能說明當時已知的每個行星與太陽之間的平均距離(行星的軌道是橢圓形的,所以它到太陽的距離各不相同,因此天文學家取平均)。他的同胞JohannBode是柏林天文臺的臺長,讓他的觀察廣為人知,現在就稱為Titius-Bode規則(簡稱:“波得定律”)。

  地球距離太陽約有150萬公里遠,稱為1天文單位(AU)。地球是太陽第三遠的行星。水星是最靠近太陽的行星,其次是金星。

  猜猜看:水星距離太陽0.39AU。

  金星距離太陽0.72AU。

  火星距離太陽1.52AU。

  當時已知僅有的其他行星是木星和土星。

  木星距離太陽5.2AU。

  土星距離太陽9.54AU。

  這些距離非常接近我們序列中的第六和第七個數。因此,看來是有描述行星與太陽距離的一個美麗的簡單模式。當然,也有一定的差距。該序列預測存在一顆與太陽距離約為2.8AU的行星。Titius和Bode兩人都深信,必須有另一顆行星位于火星和木星之間。他們認為上帝若將該空間浪費而破壞他們的模型,這幾乎是不可信的。

  除了預測火星和木星之間存在行星外,Titius-Bode規則還預測,如果有比土星更遠的行星,它則會距離太陽大約19.6AU------是土星與太陽距離的雙倍。

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