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葛立恒數(shù)有多大?能讓你的腦子變成黑洞

2019-07-31 11:32 作者:李永樂老師官方  | 我要投稿

你能想到的最大的數(shù)是多少?也許有人會說:當然是無窮大啦!如果加上一個限制:這個數(shù)字必須有確定的含義,比如是一個方程的解,或者能夠解釋一個問題,那么最大的數(shù)字是多少呢?

一.華嚴大數(shù)

?在佛教經典《華嚴經》中,有一部分關于數(shù)字的描述。


華嚴經

世尊在與心王菩薩的對話中說道:

“善男子,一百洛叉為一俱胝,俱胝俱胝為一阿庾多,阿庾多阿庾多為一那由他……”

意思是說:洛叉表示十萬,俱胝為100洛叉,即一千萬,阿庾多為俱胝乘俱胝,等于一百萬億.

按照這樣的方式,世尊說到了許多常人無法想象的巨大單位.

華嚴大數(shù)

比如:最大的數(shù)字“不可說不可說轉”是一個370萬億億億億位數(shù)(10^38位數(shù)),如果在一張A4紙上寫下1000個數(shù)字,每本書1000頁,要寫3.7億億億億本書,世界上最大的美國國會圖書館藏書1.5億冊,寫下這個數(shù)字的零頭都不夠。佛家的境界,的確比普通人高到不知道哪里去了。

但是如果你認為這就是你見過最大的數(shù)了,未免*****了。


?二.拓展運算

回到數(shù)學問題上。如果給你三個數(shù)字3,你能組成多大的數(shù)字呢?

小學我們學習了加法,所以有人會利用加法計算:3+3+3=9并認為這是最大的數(shù)字。

后來我們學習了乘法,知道上面的數(shù)字只要寫作3×3=9就可以了,所以我們可以構造更大的數(shù)字:3×3×3=27。

再后來我們學習了乘方,知道3×3×3可以寫作3的3次方,于是可以構造更大的數(shù)字:

用3個3居然能夠造出7.6萬億這么大數(shù)字!

從加法,變?yōu)槌朔?,再變?yōu)槌朔?,?shù)學家在解決問題的過程中發(fā)明了各種運算*******拓展了人們理解數(shù)字的能力。那么我們還能繼續(xù)拓展么?

顯然,答案是能。我們來介紹一種運算:高德納箭頭:↑

高德納

高德納是著名計算機科學家,1974年圖靈獎獲得者。他提出了一種運算符號,這種符號的運算規(guī)則是:

規(guī)則1:

即:一次高德納箭頭運算表示n個m連乘,即m的n次冪。

?規(guī)則2:

即:二次高德納箭頭可以表示一次高德納箭頭的連續(xù)運算,即n個m連續(xù)做一次高德納運算。注意:在運算時,要從右側向左側運算。

高德納箭頭還可以繼續(xù)增加,例如:三次高德納箭頭可以看作二次高德納箭頭的連續(xù)運算,四次高德納箭頭可以看作三次高德納箭頭的連續(xù)運算等等。我們來舉一個例子:

大家看,到了3次高德納箭頭,這個數(shù)字已經非??膳铝耍核?的冪次塔!這個塔有3的3的3次冪層!

這個數(shù)字有多大呢?我們不妨這樣說:別說把它計算出來,就是把它完整的表達式寫出來而不使用省略號的話,兩厘米寫一個3,我也要從地球寫到太陽才能寫下這個3的冪次塔。

?那么,如果四次高德納箭頭,又會有多可怕呢?


有網友畫了一張圖來表示這個數(shù)字:


是一個塔疊塔!我已經不知道要把這個表達式寫出來,會從地球寫到什么地方了,更別說最后把這個數(shù)字算出來了。

準備工作做完了,現(xiàn)在可以講葛立恒數(shù)了。

?

三.葛立恒數(shù)

葛立恒數(shù)其實是一個數(shù)學問題的解的上限,由美國計算機專家葛立恒提出。葛立恒把這個數(shù)字用高德納箭頭表示,這就是葛立恒數(shù)。

這個問題是這樣的:

把N維超立方體任意兩個頂點連線成為一個完全圖,并將所有線段用紅色或藍色染色,使得無論如何染色,總有同一平面上的同色完全子圖,那么N的最小值是多少?

可能許多小朋友看到這里的心情是十分復雜的。


我們來解釋一下這個問題:

N維超立方體就是在N維空間中的立方體。比如,二維立方體就是一個正方形,三維立方體就是立方體,四維立方體我們不好想像,但是它應該有16個頂點,而且每一個頂點都與周圍的四個頂點相連,這四條線段在四維空間中是彼此垂直的。


四維立方體同構圖

大家注意:上圖并不是4維立方體,而只是4維立方體在三維空間中的投影。按照這種規(guī)律,我們可以想象出N維超立方體的情景了。當然,它極有可能是一種讓人崩潰的形狀。比如九維超立方體。


九維立方體

明白了超立方體,我們再來看看完全圖。完全圖就是每兩個點都有線段連接的圖。顯然,正方形不是完全圖,但是如果把正方形兩條對角線相連,就變成了完全圖。


現(xiàn)在,我們對每條線段進行紅色和藍色的染色,盡量避免出現(xiàn)同一個顏色的幾條線段在同一平面內出現(xiàn)一個完全圖。顯然,在二維情況下是很容易做到的。比如我們可以這樣做:


染色后沒有同顏色的完全子圖

此時無論是紅色還是藍色線段,都不是一個完全圖(因為紅色和藍色圖形都有點沒有線段相連)。也就是說:在二維立方體的完全圖中進行紅藍染色,可以避免出現(xiàn)同平面內的同色完全子圖.

其實三維立方體也能夠做到染色而不出現(xiàn)同平面的同色完全子圖,因此3也不是問題的解。那么,在多少維立方體下,用兩種顏色染色會不可避免的出現(xiàn)同一平面的完全子圖呢?數(shù)學家們一直研究到11維立方體,發(fā)現(xiàn)都可以用某種方法染色避免完全子圖的出現(xiàn),不是問題的解。12維立方體可不可以呢?科學家們還沒有研究出來,所以說這個問題的最小可能解是12。

葛立恒通過數(shù)學推導證明了一件事:這個解一定是存在的,而且有一個上限,盡管這個上限非常的大。葛立恒把這個數(shù)字計算了出來,就被稱之為為葛立恒數(shù),它是:


葛立恒數(shù)

它的最底層g(1)就是我們剛才說的四次高德納箭頭運算,已經是一個大到不知道哪里去了的數(shù)了,但是它只作為第二層g(2)的箭頭數(shù)。而第二層所表示的數(shù)字只是第三層的箭頭數(shù)…..,它一共有64層,稱為g(64)。


四.葛立恒數(shù)有多大?

葛立恒數(shù)曾經被認為是世界上最大的數(shù)字,并入選了吉尼斯世界紀錄,雖然現(xiàn)在葛立恒數(shù)已經被Tree(3)取代了。在葛立恒數(shù)面前,華嚴大數(shù)小的跟零沒什么區(qū)別。

葛立恒數(shù)究竟有多夸張?我們不妨做幾個比較。

人們估計宇宙的直徑大約有920億光年,約合8×10^26m。宇宙中最小的尺度是普朗克長度,大約1.6×10^-34m,如果我們把宇宙按普朗克長度切割成一個個的小單元,那么大約有10^183個單元,能寫下10^183個數(shù)字,但是這個數(shù)字跟葛立恒數(shù)比起來連渣都算不上,就算要寫下最下層的g(1),也是遠遠不夠的。

假如一個人完全掌握了葛立恒數(shù),并將葛立恒數(shù)的每一位數(shù)字都記憶進自己的大腦,那么他的大腦會由于信息量太大而質量變得極大,從而變成一個黑洞。

記住葛立恒數(shù)的結果

現(xiàn)在你還想知道葛立恒數(shù)嗎?


?



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