數學常數可以精確到上億位,物理學常數有沒有那麼高的精度?

艾伯史密斯


這個問題很有趣啊。也問到了數學與物理的本質。

簡單地回答你的問題,答案是:因為數學是精確的,但物理是模糊的。

數學中出現的常數,都是無量綱的常數,也就是說這個數不帶單位,比如說圓周率,它就是一個純數字,寫出來就是3.1415926……可以寫到很高的精度。這個本質上是因為數學很精確。

但物理則不一樣的,物理是一個實驗學科,所有的常數理論上都是測量出來的。既然是測量出來的,就不可能有很高的精度。比如說光速,大概是2.99……億米每秒。這個數是帶單位的,所以都需要測量。比如1米是多少,1秒又是多少?這個本身就是模糊的。你能告訴我1米到底是多少嗎?你肯定不能。因為1米這個定義本身就已經有了不確定性。而且,當我們去測量光速的時候,有很多的干擾因素,比如引力對它的干擾,比如空氣對它的干擾,比如測量儀器本身受到溫度的影響而波動……所以,物理常數都是現實世界的東西,都是不完美的,我們只能有一個大概的數據。因此,物理學很模糊。


瀟軒


因為物理學的測量通常都有誤差。比如說,我測量一個長度,結論是1.0348675433米。但是我的尺子其實只精確到1毫米。這個時候,1.034之後的數據都沒有意義了,因為根本不準確。這個時候,科學的做法就只能是保留到小數點後三位。

數學則不同,比如圓周率的計算。圓是嚴格定義的,對應的計算公式也是準確的。很多圓周率的算法都是基於數列,這個數列只要一直算下去,精度就能一直提升,而不需要考慮測量的問題。

物理學則不一樣,無處不在的噪聲會使得測量有一定的誤差。誤差還會積累、相加,產生更多的影響。所以在物理學中,計算誤差也是一門學問。如果一個量的誤差很大,那數字再精確也沒有意義。

更重要的是,根據量子力學,物理學的測量具有根本的不確定性。動量與位置無法同時測準,這與測量其實沒有關係,動量與位置的不確定性是物質內在的稟賦。由於這種根本的不確定性,我們很多時候只能通過大量的數據求平均值,來獲得一個更精確的值。


章彥博


可數的物理量其測量精度幾乎可以不受限制,但是可測的物理量其精度受標準原器的精度所限,目前最高的也不過10-9左右,精度無論如何都不可能比標準原器的精確度更高。也就是說,對於可測的物理量其最高精度目前最多也就只能有8位有效數字,不可能更高了。


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