Najpiękniejszą rzeczą jest możliwość doświadczania tajemnicy.
Jest ona źródłem całej prawdziwej sztuki i nauki.
Albert Einstein
Czasem opanowuje mnie żyłka filozoficzna, która dziś przybierze wymiar … tajemnic matematyki.
Bardzo szeroki temat uprawiany przez wieki.
Biorę fragmencik dotyczący liczb niewymiernych, ale w ujęciu przystępnym chyba dla każdego. Sam też nie uprawiam matematyki jako profesji, więc może popełnię jakiś błąd w poniższych dywagacjach. Dalej będzie o sprawach znanych i dość banalnych, jednak … wciąż filozoficznie zastanawiających.
Może dlatego, że dalej omawiane okręgi, trójkąty, liczby to twory abstrakcyjne, co stwarza naszemu umysłowi sporo trudności…
Dla wielu to także abstrakcyjne życiowo i poniekąd mają rację – idealne okręgi, kule, różne figury itp. twory we Wszechświecie nie istnieją fizycznie, są to pewne modele matematyczne.
Zakładam tylko, że pamiętasz jak się definiuje liczbę niewymierną: nie da się jej wyrazić ilorazem dwóch liczb naturalnych.
Nazwa ilustruje fakt, że długości wyrażonej liczbą niewymierną nie da się zmierzyć tą samą miarą co „długości wymiernej”. A mierzenie to w zasadzie właśnie dzielenie – ile razy jakaś jednostka miary mieści się w mierzonej wielkości.
Taki iloraz w przypadku niewymierności wyraża się nieskończonym i nieperiodycznym ułamkiem dziesiętnym. Prawdopodobnie i przy każdej innej podstawie i we wszystkich systemach pozycyjnych liczenia (?). Zresztą, częściowo tę własność mają i niektóre liczby wymierne (np. 1/3). Na podstawie tego przykładu – to ciekawe, że nie wszystko da się podzielić dokładnie (w wymienionym sensie) na trzy…
Jest takie domniemanie, że rzeczy doskonałe i piękne są proste. Wygląda na to, że nie zawsze tak jest albo nieco trzeba zmodyfikować pojęcie doskonałości i prostoty.
Kula jest przykładem doskonałości. Bryła „bez końca”, o największej pojemności przy danej powierzchni, model wg których kształtują się planety, krople i inne twory fizyczne.
Właśnie, jaka jest pojemność kuli o danym promieniu? Otóż nie wiemy – w tym sensie, że nie potrafimy określić tej wartości w kategoriach które kojarzą się nam z doskonałością. Zaskoczonym wyjaśniam że chodzi mi o dokładną wartość, bez przybliżeń. Wszystko za sprawą liczby π (pi) we wzorze, która jest właśnie liczbą niewymierną. Można twierdzić, że to jest jak najbardziej określona wartość, ale przecież nie tak jak wiemy że powierzchnia kwadratu o boku a wynosi dokładnie a*a. Czyli nie chodzi o niedokładność metrologiczną ale o zasadniczą nieokreśloność, a raczej niedokładność. Oczywiście w praktyce możemy określić tę wartość z dowolną potrzebną dokładnością, ale tutaj mówimy o sprawach filozoficznych, o teoriach.
Na marginesie – jest grupka osób, które wierzą w płaskość Ziemi. Czasem podpierają się dziwacznym argumentem, że w Biblii nie ma mowy o tym, że Ziemia jest kulą. Nie ma w niej o wielu innych rzeczach, ale jeśli już angażujemy Boga do takich rozważań – zapewne nie stworzyłby Ziemi ani planet w tak niedoskonałej formie, przeciwnie – właśnie w formie kuli (która ze względów dynamiki stała się geoidą).
Prostszym tworem od kuli jest okrąg, ale tutaj sytuacja jest identyczna, przejdźmy zatem do najprostszej płaskiej figury geometrycznej – trójkąta. Czy potrafimy dokładnie wyznaczyć jego boki?
Tylko w szczególnych przypadkach jak np. trójkąt równoboczny lub prostokątne trójkąty pitagorejskie, w których boki mają wartości całkowite.
Wspomniany kwadrat też zalicza się do najprostszych figur, ale nie potrafimy dokładnie wyznaczyć liczbowo wartości jego przekątnej – jest liczbą niewymierną. To odkrycie było to szokiem dla pitagorejczyków i znacznie rozszerzyło matematykę.
Odtąd teoria liczb poszła w kierunku większych abstrakcji, jeśli się nie mylę to później i dała początek teorii zbiorów.
Matematyka zajęła się też elementami „których nie ma” jak zero (=nic), liczby ujemne, urojone…
Jako przykład doskonałości przytacza się złoty podział występujący w bardzo dużej ilości form natury i dzieł ludzkich, np. w architekturze. Rządzi nim liczba φ (fi) – także niewymierna.
Jest wiele innych liczb niewymiernych o dużej roli w matematyce.
Ciekawostką jest że działania na liczbach niewymiernych mogą dawać wyniki wymierne, np. (3+sqrt(5)*(3-sqrt(5)) = 4. (pomijając przypadki jeszcze bardziej banalne jak wprost mnożenie przez siebie pierwiastków o wartości niewymiernej).
Jeszcze większe zdziwienie a nawet zachwyt wzbudza równanie Eulera – jak na czele tego wpisu. Równanie pochodzi z 1748 roku. Można odnaleźć w nim podstawowe liczby matematyki: 0, 1, π, e, i, w tym dwie niewymierne, co daje wynik całkowity,
oraz powiązanie funkcji trygonometrycznych (w wyprowadzeniu) z zespoloną funkcją wykładniczą.
Liczb niewymiernych jest więcej niż wymiernych podobnie jak przestępnych, ale nie wchodząc w te zawiłości, widać że rzeczywistość jest bardziej niewymierna i nieliniowa niż nam się wydaje.
W szczególności te proste przykłady pokazują nam zaskakującą dla niektórych naturę świata. Jego nieliniowość, porządki wyłaniające się z chaosu, fraktalność… Bogactwo ukryte w nieskończoności. To kolejny ciekawy i obszerny temat. Zobacz w ujęciu popularnym – „Fraktalny Wszechświat” lub szerzej i nieco magicznie – „Fraktalny świat czyli filozofia natury”.
Wbrew pozorowi, że doskonałe jest to co stałe, sztywne, określone, do ludzkiego wyobrażenia, okazuje się, że jest raczej odwrotnie. Tak jak płaszczyzna stwarza nieskończenie więcej możliwości niż linia prosta, chociaż obie formy mają nieskończoną ilość punktów. Ale inną liczbę kardynalną – jeśli nie pamiętasz co to jest – sprawdź np. w wikipedii. A przestrzeń 3-wymiarowa nieskończenie więcej możliwości niż płaszczyzna itd. Podobnie dynamika od statyki.
Zawsze urzeka mnie tak elementarna funkcja jak sinus lub cosinus – tym, że obie mają nieskończoną ilość pochodnych (z pojęć matematyki). Innymi słowy sinusoida wyraża zjawisko nieskończenie zagłębionej zmienności. Stąd i nieskończone „możliwości” fal np. w sensie ich harmonicznych, interferencji… . Mówi się nawet – wszystko jest falą.
Nie ogarniam tego w wewnętrznej potencji zjawiska i nie mam zamiaru, natomiast od czasu do czasu lubię pobawić się liczbami, zobacz np. jak kiedyś robiłem to z trójką – Trójca – moje trzy grosze albo liczbami pierwszymi (zwłaszcza w hipotezach Petera Plichty – zobacz w książce „Tajemnicza formuła Boga. Kod liczb pierwszych kluczem do rozwiązania zagadki wszechświata„, w której autor próbuje wykazać, że liczby nie mają charakteru przypadkowego, że nie są abstrakcyjnym wymysłem lecz są wyznacznikiem podstaw budowy materii. Punktem wyjścia całej teorii jest ‘krzyż liczb pierwszych’).
Zaszczepiłem w tobie trochę ciekawości?
Lapidaria 