因数与倍数的关系 ∞和葛立恒数谁大
最近重读庄子的经典名篇时,看到了一段文字:“楚之南有冥灵者,以五百岁为春,五百岁为秋。”这让我在感叹人类生命短暂的没想到接下来的话更让我惊讶:“上古有大椿者,以八千岁为春,八千岁为秋。”这一下,冥灵大龟的寿命竟被大椿古树的寿命远远甩在了后面。它让我不禁思考,世间总有比自己更为庞大、伟大的存在。作为一名理科爱好者,我突然联想到无穷大这个几乎是哲学性的问题,它总能激起人类的无限思索。
无数数学家曾经研究过无穷大这个概念,其中最为著名的莫过于格奥尔格·康托尔(Georg Cantor)。康托尔通过集合论,为无穷大的研究开辟了全新的道路。这一创新的思维方式也帮助人们理解了“无穷大”这一抽象的概念,然而他的理论在早期遭遇了极大的学术反对,甚至让他深神压力,最终在一家精神病院里度过了余生。尽管如此,康托尔的研究获得了大卫·希尔伯特(David Hilbert)等数学巨擘的极高评价,希尔伯特更是全身心投入到无穷大研究中。
那么,为什么说集合论为无穷大∞的研究奠定了基础呢?因为无穷大是一个高度抽象的概念,直接比较无穷大与无穷大+1是很难做到的。而康托尔则通过引入集合的概念,解决了这个难题。集合,就是一堆确定的事物,它的“元素”就是集合中的每一项。举个例子,数字1就是一个集合的元素。
如果两个集合的元素一一对应,那么这两个集合就被认为是相等的。例如,假设丁石有5个苹果,他要和马化交换同样数量的梨子,那么马化就得给丁石5个梨子。如果两种水果能够“一一对应”,那么我们就知道这两个集合的大小是相同的,这个理论就为我们理解无穷大之间的比较提供了工具。
谈到无穷大与无穷大+1的比较,就不得不提到希尔伯特的旅馆。这个旅馆的特别之处在于它拥有无数的客房,假设这时旅馆里所有的房间都住满了客人。忽然有一位新客人来到,要求入住。这时候,老板首先告诉他,旅馆已经满了,无法接待新客人。可是,这位客人坚决要求入住,老板无奈之下突然有了一个解决方案——他让每位客人将自己的房间移到下一个号的房间里,即1住到2,2住到3,以此类推,这样1就空了出来,这位新客人便可以入住。这就意味着,尽管旅馆里原本有无数个房间,但无穷大的客房和无穷大+1的客人是可以一一对应的,从而得出∞与∞+1是相等的。
如果旅馆再度迎来更多的客人,老板依旧能应对自如。他可以让每一位住客将自己的房间搬到偶数间,例如1号客人搬到2,2号搬到4,以此类推,这样一来,所有奇数间都腾出了空位,可以接纳无穷多个新客人。∞与∞+∞也是相等的。这种思维方式同样表明,自然数、奇数、偶数的数量其实是相同的,因为它们之间也能够建立一一对应的关系。
数学中的无穷大令人感到匪夷所思,它有时违背了常规的直觉。例如,奇数和偶数似乎是自然数的一部分,然而它们的数量却和整体的自然数集相等。正如大胃老师常说,科学是无法仅凭直觉判断的,任何结论都必须通过严密的定义和证明来得出。
无穷大带来的奇妙思考远不止这些,康托尔的无穷大算数、葛立恒数(tree3)、阿列夫数(ℵ₀、ℵ₁、ℵ₂)等,都是值得进一步探讨的数学奇迹。如果大家对这些话题感兴趣,欢迎继续关注。借用大胃老师喜爱的一句话作为结尾:“盖将自其变者而观之,则天地曾不能以一瞬;自其不变者而观之,则物与我皆无尽也。”