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在数学的深邃宇宙中,有一个充满神秘色彩的领域——无穷大。今天,我们就来聊聊这个话题,一起探索那些超越常规认知的数字。
开篇之初,让我们来设定一个问题:你能想到最大的数字是多少?是谷歌(Google)?还是谷歌的阶乘(Googleplex)?或者是一个更夸张的数字,比如米尔米利翁(millimillion)或是奥尔普莱克斯(olplex)?实际上,这些数字在真正的无穷大面前,都显得微不足道。
在俄罗斯,有一个由精心种植的树木构成的数字“40”,占地超过12000平方米,比加拿大信号山的 battalion markers、英国的 six badges,甚至 Brady 在 Numberphile 上展开的一英里长的派都要大。但如果我们讨论的是数量,而非面积,那么“40”可能就不是最大的数字了。
无论你想象中的数字有多大,总能找到一个比它更大的数字。比如,41、42、43,或者是一亿、一万亿。在数学的世界里,没有最大的数字,只有无穷大。但有趣的是,无穷大并不是一个数字,而是一种用来描述无穷多个事物的概念。
当数字用来描述事物的数量时,我们称之为基数(cardinal number)。例如,4个香蕉、12面旗帜、20个点。当两个集合包含相同数量的元素时,我们说它们具有相同的基数。自然数(0、1、2、3、4、5……)通常用来表示基数。
那么,自然数的数量是多少呢?显然,它不能是自然数中的一个,因为总会有一个比它大的自然数。这个特殊的数量有一个名字——阿列夫零(aleph null),它是自然数的第一个无穷大,也是偶数、奇数以及分数的数量。
阿列夫零是一个很大的数,但我们可以通过一种有趣的方式来比较它与其他无穷大。例如,如果我们绘制一系列线条,每条线是前一条线的大小和距离的一部分,我们可以在有限的空间内容纳无穷多条线。这些线的数量与自然数的数量相同,都是阿列夫零。
但如果我们改变一下排列方式,比如将每条线按照它们出现的顺序进行编号,我们就需要一种新的编号方式——序数(ordinal number)。序数描述了事物的排列顺序,而不是它们的数量。对于有限数来说,基数和序数是相同的,但对于无穷数来说,它们是不同的。
阿列夫零并不是最大的无穷大。康托尔的对角线论证表明,实数的数量比自然数的数量还要大。此外,自然数的幂集(所有可能的子集的集合)也是一个比阿列夫零更大的无穷大。
数学中的无穷大是一种抽象的概念,它超越了物理世界的限制。我们通过公理来定义数学中的真理,而不是通过观察或实验。这些公理有时会导致矛盾或悖论,但我们可以通过调整或放弃这些公理来解决这些问题。
无穷大的探索是一个充满挑战和奇妙的领域。它让我们思考数学的真实性,以及它与物理世界的关系。无论这些无穷大是否真实存在,它们都是我们这个渺小的大脑所能发现的真理。
感谢你的阅读,希望这篇文章能让你对无穷大有一个全新的认识。
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