在我们的认知中,无论如何也不会将一张纸和一整个宇宙相提并论。但是,现在却有人告诉你只要将一张纸对折105次,整个宇宙都无法装下它,因为它比宇宙还“厚”,这是真的吗?
一张纸最多能对折几次?
一张普普通通的A4纸,如果将它对折1次,厚度×2,对折两次,厚度×4,对折三次,厚度×8,对折四次,厚度×16……
第n次对折的厚度其实就是初始厚度的n次方,但是对折到第七次的时候,因为纸张的弹性的局限性,长度达不到要求,无论使多大的力气也无法将完成对折,这个时候A4纸的表面积也只有原来的64分之一。
那么,标题上说的对折105次的结论,又是如何得出的?
其实,就目前的情况来看,一张纸根本无法对折那么多次。
那如果是一张又大又薄的纸呢,是否可以折更多层?早有一个不信邪的国外一个团队就做了这个实验,他们用一张可以铺满整个广场的纸进行对折,每一次的对折都需要九个人共同完成。
第一次,第二次对折轻轻松松,到第七次对折也还游刃有余,但是到第八次对折的时候,队员们就显得有些力不从心了,但是使使劲也还行。八次以后,靠人力已经无法完成对折了,于是他们请到了压土机来帮忙,将纸压平后继续对折。
同样的方法,队员们完成了11次对折,这时的纸已经变得和钢板一样硬,压土机也没有办法对抗它。
目前的吉尼斯世界纪录对折纸张次数为13次,是美国得克萨斯州的一位中学老师用一张长达4公里的厕纸完成的,数十个人一起对折了四个多小时才完成。
虽然实际无法达到,但是我们可以大胆计算一下。
假设一张纸可以一直对折下去,它的初始厚度为0.1毫米,对折一次,厚度将会增加一倍,对折两次,厚度增加4倍;
当我们将这张纸对折14次之后,此时的厚度将会达到0.1毫米的14次方,也就是1640毫米,这个厚度已经达到了一个女性的身高;
当对折到第23次时,它的厚度将达到838360毫米,也就是838.36米,目前世界上最高的建筑迪拜塔总高828米,而一张对折的纸却轻轻松松就超过了它;
当对折到27次时,这张0.1毫米的纸厚度将达到13421.77米,世界第一高峰珠穆朗玛峰的高度为8848.4米,也就是说对折27次后的纸厚度是珠穆朗玛峰高度的近1.5倍。
当我们继续对折,对折次数达到37次时,厚度已经超过了地球的厚度。
当对折42次之后,厚度为43.98万千米,这个厚度已经超出了地球的范围,同时超过了月球和地球之间的距离。
当对折次数达到90次时,这张纸的厚度达到了惊人的1308.5万光年,这个数字甚至已经超过了本星系群的直径——1000万光年。银河系已经是巨大的存在了,而星系群,相当于数十个的银河系,它的辽阔程度可想而知有多大。
对折次数终于来到了105次,此时的厚度也达到了4160亿光年,目前人类可观测宇宙的直径约为930亿光年,一张纸就轻松超过了它。
这件事看上去不可思议,甚至有的人会觉得是在胡说八道,但是事实确实如此。科学家们把这种现象称作是“指数级爆炸”。
指数级爆炸是指在底数大于零的情况下,增长量将会给最终结果带来难以想象的改变。与初始值相比,一开始的增长并不多,可能只是几倍,但随着增长次数的累加,数字变化越来越快,显示出来的威力也越来越大,最终出现爆炸式的增长。
人们也将指数形容为“数学中的魔鬼”。
其实,我们对于“指数级爆炸”并不陌生,故事和现实生活中,这样的例子都不少见。
无法兑现的赏赐
这是一个在印度民间广泛流传的故事。一位名叫达依尔发明了国际象棋,深受国王喜爱,国王想要赏赐他点什么,于是就问达依尔想要什么。
达依尔灵机一动,对国王说:“尊敬的国王陛下,如果真的要赏赐我的话,就请您在棋盘上的第一个格子放入1粒麦子,第二个格子放入2粒麦子,后面的每个格子的麦子数都是前面一个格子的两倍,一直这样放下去,直到放满所有的格子,这就是我想要的赏赐。”
国王一听,觉得这要求也太简单了,一个棋盘只有64个格子,几粒麦子就能解决。于是便开始按照达依尔的要求放麦子。
但是放着放着就发现问题了,还没有放到第20个,一整袋的麦子就没了,这时有一个大臣站出来说:“就算把整个印度的麦子都拿过来,也放不满这64个格子啊。”
如果按照达依尔的要求,放满64格需要数万亿颗麦子,相当于全球2000年内生产的所有麦子,这个赏赐永远也无法实现了。
“倾家荡产”沈万三
这个故事发生在我国明朝朱元璋时期,朱元璋率军攻下了江浙一带,当时富甲一方的沈万三为了保命,主动向朱元璋示好,向朱元璋进献了许多珍宝。
但是朱元璋对沈万三还是心存忌惮,他太过富有,很有可能是对自己潜在的威胁,为了收缴他的钱财,朱元璋想了一个办法,他先是给了沈万三1文钱,然后让他第二天归还2文钱,第三天还4文钱,以此类推。
沈万三不以为然,心想自己富可敌国,还差你这几文钱?于是便爽快地答应了。还到后面可够呛,据说,沈万三当时一共还了至少5亿文钱,落得个倾家荡产的结局。
指数级爆炸的威力我们算是见识到了,在了解了这么多有关于指数级爆炸的事例之后,我们所假设的“一张纸对折105次,厚将超过宇宙”这个说法就更有可信度了。
看似又薄又容易破的纸张,在经过上百次的折叠之后,竟也可以和宇宙相媲美,这正是世界的奇妙之处。
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