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一張紙對摺103次,宇宙都裝不下了?

大家小時候是不是都聽過這樣一個故事。

古印度有個國王,他擁有數不盡的財富和至高無上的權力,但是吧,國王早就厭倦的自己奢靡枯燥的生活,感覺生活中沒有任何樂趣。

直至有一天,國王的宰相發明出國際象棋,國王被這款新奇的遊戲深深吸引,給國王枯燥的生活增添了無窮的樂趣。

為了獎勵自己的宰相,國王許諾宰相可以滿足他的任意一個要求。

宰相若有所思後說道:“陛下,請您在這張棋盤的第一個小格內賞我1粒麥子;第二個小格內給2粒,第三格內給4粒……照這樣下去,每一格都比前一個小格加一倍。把這樣擺滿棋盤上所有格(共64格)的麥粒,都賞給您的僕人吧!”

國王一聽,覺得這個要求很簡單嘛,於是爽快的答應了下來。很快,計數麥子的工作開始了。1粒、2粒、4粒、8粒、16粒、32粒、64粒、128粒、256粒、512粒、1024粒…………

一袋又一袋的麥子被搬運到棋盤前,但是麥粒數一格接一格增長得越來越迅速,國王很快就發現,掏空國庫、甚至拿出全印度的小麥,也無法兌現他對宰相許下的諾言!

那麼,這位宰相到底要求國王賞賜給他多少粒麥子呢?用中學數學所學的方法可以算出,共需18,446,744,073,709,551,615個麥粒!大約為兩千多億噸!而最近5年世界小麥平均產量才達到7。75億噸。

上面令人震驚的故事背後,隱藏著一個看似數學原理——“指數爆炸”。

01【世界第八大奇蹟——複利】

愛因斯坦說過:宇宙間最大的能量是複利,世界的第八大奇蹟是複利。複利和指數爆炸又有什麼關係呢?我們先一起來做一個選擇題。

選第一個選項的同學,立刻拿到了1000元;那選擇第二個選項的同學,最終能拿到多少呢?

第1天:0。01元第2天:0。02元第3天:0。04元……第30天:5368709。12元30天合計:1073。741823萬元

30天,從1分錢累計一千萬,這就是複利——指數爆炸的威力:把前一期的本金和利息加在一起作本金,再計算下一期的利息,時間的效果會讓資金快速累積,直到成為百萬富翁。

02 【一張紙對摺103次,宇宙都裝不下了?】

一張紙最多能對摺多少次呢?吉尼斯紀錄是13次。

2011年,來自美國德克薩斯州聖馬克中學的師生,將一張長達4公里的衛生紙擺放在了麻省理工大學的將近200多米的走廊裡,摺疊4個小時之後,成功完成對摺13次,而這個時候衛生紙竟然達到了8192層。

一張A4紙的厚度約為0。1毫米,假設我們忽略摺疊過程中不會有任何縫隙,紙也不會破。

摺疊1次為0。2毫米、2次為0。4毫米、3次為0。8毫米,前面這些摺疊我們還看不出厚度有太大的變化,因為從0。1毫米到1米,我們需要摺疊14次。可當我們摺疊20次,厚度突破100米;摺疊27次,厚度將達到1。3萬米(13公里)。而世界最高峰珠穆朗瑪峰也僅僅8848米。

如果我們繼續對摺,

對摺39次,厚度達到5。5萬公里,可以繞地球赤道一圈;

對摺42次,厚度達到44萬公里,遠遠超過地球和月球之間的距離;

…………

對摺84次,厚度達到20。4萬光年,而銀河系也才10萬光年左右;

對摺103次,厚度將達到1007億光年,超過了目前人類可觀測宇宙的直徑930億光年。

以上摺紙雖然是我們的模擬計算,但也可以看出指數爆炸的威力。

現實中還有很多和指數爆炸有關的例子,比如細菌的繁殖、人際關係中的6度空間,甚至是原子彈的核裂變。正是這些,讓我們更加深切的體會到數學的魅力。