麻省理工發現圓周率π等於3.115,科學到底怎麼了?

眾所周知的,只要學過小學數學,我們都會知道圓周率等於3.1415926......

然而最近麻省理工學院的學者卻通過實驗得出,圓周率居然等於3.115,這是怎麼一回事呢,今天我們就來了解一下。

從麻省理工的論文說起

在前不久,麻省理工學院的原作者在 ArXiv 上發了一篇文,外媒「科學美國人」搞了一篇報道,標題翻譯過來就是下面這個

《天空中的 Pi:廣義相對論通過了比例測試——利用引力波來近似 PI,物理學家發現愛因斯坦的理論沒有問題》


麻省理工發現圓周率π等於3.115,科學到底怎麼了?

外媒的原標題

這個標題是不是還算正常?

然而國內合作的「環球科學」再編譯過來,傳到微信上,就把標題改成了《都2020年了,MIT科學家算出π=3.115,還發了篇論文?!》

麻省理工發現圓周率π等於3.115,科學到底怎麼了?

國內自媒體標題

國內的標題變得更奇怪了。漏掉了什麼?漏掉了關鍵一條非常關鍵的信息:利用引力波來近似 PI

物理學家當然不是從頭計算 Pi 算出了別的數字,而是用引力波的觀測數據來擬合 Pi,最後得到了一個擬合的 3.115,和 3.14 挺接近的,所以廣義相對論沒有問題。

為什麼 3.114 和 3.14 接近?我們看看原始論文的摘要:

麻省理工發現圓周率π等於3.115,科學到底怎麼了?

英文論文原文

如果能看懂就能明白,論文中得到的 Pi 的取值範圍是 3.027~3.163 之間,顯然覆蓋了 3.14。

有過一點點統計知識的讀者,一旦看到原文中的寫法(如下圖),就能明白,Pi 值當然沒有問題,世界也當然沒有崩塌。

麻省理工發現圓周率π等於3.115,科學到底怎麼了?

原文中的寫法


可以看到,英文版《科學美國人》在標題中並沒有寫出 Pi 值,因此並不算錯;而中文版直接寫出來 Pi=3.115,卻不加置信區間,這樣的標題就會造成誤導。建議中文科普界的編輯還是要加強自身水平。如果沒水平改標題,就按原版翻譯好了,反正也只是二傳手而已。

所以,毫無疑問,這又是一個媒體自行腦補出來,想搞「大新聞」的錯誤標題。


如何算出圓周率等於3.115?

我們再來看看原文的思路是什麼。當然,實驗的技術細節我當然也不知道,畢竟不是做引力波的。但是論文中的方法其實挺簡單的。

現階段,能被我們觀察到引力波的事件,一定都是廣義相對論效應很顯著的事件。這些事件,都不能只用牛頓定律來描述。如果把廣義相對論看成是牛頓定律的拓展(按牛頓定律展開得到高階項),就會得到一大坨非線性的係數。這些係數裡面,都會包含圓周率 PI。

麻省理工發現圓周率π等於3.115,科學到底怎麼了?


麻省理工的作者提議,如果把 PI 作為一個可以變化的自變量,用觀測數據來對 PI 進行擬合,就能得到一個擬合值。PI 應當是全宇宙放之四海而皆準的常數。如果擬合出來 PI 不是 3.14,就說明使用的模型不對,也就說明廣義相對論不對。而如果擬合出來 PI (在統計意義上)等於 3.14,就說明愛因斯坦是對的。

這就是論文標題中說的 A null test。是統計學上的《零假設》,是科學家希望去證明它錯誤的假設。

麻省理工發現圓周率π等於3.115,科學到底怎麼了?

結果顯然是,愛因斯坦是對的。

教科書會改嗎

很明顯教科書並不會因此而改變,圓周率的數值是確定的一個無限循環小數,而這一次的3.115僅僅是統計學意義上的數據,不可能撼動長期以來實驗和測量得出的結論。

嚴謹的科學態度是必不可少的,我們不能被那些所謂的標題所影響,當面對新概念的時候,獨立思考的能力比其他時候更加重要。


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