摘要:如果把它看成二维的,比如,往一个边长为10的正方形里放直径为1的圆,不少人估计会这样放,可以装100个。
现在给你一个水果摊,然后让你在有限的空间内摆最多的橘子,你会怎么摆?
这个问题有点儿简单,也就是让不少数学家证了400多年!
如果把它看成二维的,比如,往一个边长为10的正方形里放直径为1的圆,不少人估计会这样放,可以装100个。
但实际上,有一种不规则的方法能装下106个!
这有点类似每次框子里摆放整齐的水果,摇一摇好像还能再装点,可三维的球不同于二维的圆,摇到什么时候才是个头?
这就是著名的球体填充问题,又叫开普勒猜想。
开普勒我们很熟悉,那水果摊老板摆的橘子又和他有啥关系呢?
16世纪90年代末,英国航海家沃尔特·雷利爵士往甲板上装炮弹时,提出了一个问题,“用哪种方式堆炮弹能放的最多?”
结果传到开普勒耳中,就变成了这样一道数学题,即:在一个立方体中堆放相同的小球,小球们所占的体积与立方体的体积之比最大是多少?
参考前面提到的二维平面,第一层我们可以这么摆,当每个球都能与周围的6个球相切时,填充密度最大;
同理是第二层,还是每个球与6个球相切;
所以要把球放到有空隙的地方——
然后是第三层也这样放,这个时候你会发现出现了两种情况:
一种是按照ABAB循环——
另一种则是按照ABCABC循环——
虽然长得不一样,但两种堆法本质是相同的,开普勒和水果摊老板一致认为,这就是最佳堆法!
并在1611年计算出了填充密度约等于74%。
可话说回来,一个问题但凡涉及到最大 就很难有定论,所以,继开普勒之后,牛顿、欧拉、拉普拉斯和伯努利兄弟都验证过这个问题。
而直到1831年,高斯才给出了证明,即:在有规律的填充方式中,74%确实是最大的。
那要是不规则的填充呢?
也有办法——穷举!
1996年,美国数学家托马斯·黑尔斯花了两年时间,借助计算机穷举了所有摆法,然后没发现一种大过74%的情况。
评议小组根据这份数据,花5年时间给出了一个结果,证明99%正确、但1%无法确定程序是否有bug。
不得已,黑尔斯又花了11年时间编写了一个程序,来验证计算机的计算是准确的。
来源:冷科普一点号