第2章 大道至簡(2 / 3)

說完老人又沿著圓心畫了3條交叉直線,放射線從6條變成了12條。再把更多的碎葉子放上去,顯得比之前更加密實一些。

老人接著說道:“如果我們增加放射線數量,還是按照原來的規律去放置更多的自然數,那麼素數和質數呈現的黃綠圖像也會不斷變化,隻不過仍然沒有明顯的規律。”

老人又沿著圓心畫了更多的放射線,然後照樣放了更多的碎葉子,很快整個圖案顯得擁擠不堪。老人抬頭問道:“當放射線數量增加到30的正整數倍減1,比如說1019條,你猜怎麼著?”

延緒搖了搖頭,顯然自己並沒有從這幅亂糟糟的圖案裏看出任何規律來。

老人把碎葉子都撿了起來,隻挑出黃顏色的,沿著圓心撒了個順時針螺旋,說道:“這時候質數分布圖案會突然從無序狀態變成有規律的正螺旋。”

然後老人把碎葉子都抹了出去,又加了一條放射線,神秘兮兮問道道:“當放射線數量增加到1020條,也就是30的正整數倍,你猜質數分布圖案會變成什麼樣?”

延緒有些躍躍欲試,可還是搖了搖頭。

老人很快把黃色碎葉子沿著放射線方向一條條撒了下去,繼續說道:“這時候質數分布圖案會從正螺旋突然變成直線散射狀,奇怪吧?”

延緒眼前一亮,輕輕點了點頭。

“更奇怪的在後邊。”最後老人又一次抹開葉子,再加了一條放射線,問道:“當放射線數量增加到1021條,你再猜猜?”

“是……是反螺旋?”延緒這次終於說出了自己的猜測,隻不過這個猜測仍然是有些心虛的瞎蒙道。

老人點了點頭,把手中的黃色碎葉子沿著圓心撒成了反螺旋的樣子,笑道:“你猜的不錯,隻多了一條射線,圖案就徹底反過來了。這幅圖我畫有點亂,回去之後,你拿計算機畫畫試試,那樣會清晰很多。”

“您是怎麼發現這個規律的?”

“這是質數螺旋分布規律,發現它的人可不是我,而是美籍波蘭數學家斯塔尼斯拉夫·烏拉姆,他在1963年參加了一個很無聊很漫長的會議,閑的沒事做,就開始在稿紙上玩數字拚圖遊戲,偶然間發現了這個規律。不過當時他是在200×200的方陣上畫的烏拉姆螺旋,沒有極坐標上的斐波那契螺旋線這麼直觀和有意思。”

延續好奇道:“這個質數螺旋分布規律跟我剛才說的誤差變化有什麼關係?”

老人笑道:“當然有關係,絕大多數時候質數圖案都是無規律的。當射線根數從1018增加到1021,增幅不到千分之三,質數圖案就跳出了混沌狀態,出現了正螺旋、直線散射、反螺旋三種大相徑庭卻很有規律的形狀,這就是典型的量變引起質變。”

“我明白了,您的意思是誤差在小範圍內是可接受的。一旦超出某個臨界範圍,數學規律就會因為某個細微偏差而出現難以預料的巨大變化。就像我們所在的這個廣場,雖然屬於三維地球的一部分,但在地圖上可以用墨卡托投影表述為簡單的二維平麵。這種投影方法在赤道附近精度很高。越往兩極走,平麵就越扭曲,經向長度雖然沒變化,但緯向寬度會越來越失真,出現格陵蘭島看上去比非洲還大的錯覺。高斯投影雖然可以解決緯向寬度失真的問題,不過一旦超出中央經線兩側 10 °到 12° 範圍,就很難被投影到準確的位置上。”

老人笑道:“你說的很對,這兩種方法各有千秋,從本質上來講,都相當於把一個空間維度(z軸)卷曲為0,然後把這個空間維度的偏差轉移到其他空間維度(x軸、y軸)上,這樣才能把高維物體直觀展現出來。不過偏差越大,失真就越明顯,當偏差累積到一定程度,影響很可能是顛覆性的,甚至會徹底改變原有的時空維度。比如你剛剛說的墨卡托投影可以把南北極從一維的點展開成二維的線,高斯投影也會把遠離中央經線的正方形扭曲成不規則的扇形。”