164.超空间迷航记
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※164.超空间迷航记
波利亚(George Pólya,1887—1985)
1921年
一只甲虫在一条无限长的水管中随机地前进、后退,则这只甲虫这样不限次数地随机乱走、最终回到出发点的概率是多少?
骰子(约公元前3000年),大数法则(1713年),布丰投针问题(1777年),拉普拉斯的《机率的分析理论》(1812年)及莫非定律诅咒下的绳结(1988年)
想象在一条扭曲的水管中有一只机器甲虫,而且这个小家伙就在水管内不限次数随机地往前或往后移动,并假设这是一条无限长的水管,请问这只机器甲虫无论如何随机乱走,最终却还是回到起点的概率是多少?
匈牙利数学家波利亚在1921年证明该概率为1—在一维空间内不限次数随机乱走后,最终一定会回到原点。如果把这只机器甲虫放到二维空间(平面)中的原点,同样也是朝东西南北任一方向不限次数地随机乱走,则机器甲虫最终回到原点的概率同样是1。
波利亚也同时证明了我们所处三维空间世界的特殊性:三维空间是第一个有可能让机器甲虫永远迷航的欧几里得空间。将机器甲虫置于三维空间不限次数随机乱走的话,最终还能回到原点的概率只有34%。在更高维度的n维空间里,机器甲虫回到原点的概率就更低了,大约只剩1/(2n)的概率;这1/(2n)的概率恰巧也是机器甲虫第二步就走回原点的概率,换句话说,如果机器甲虫在更高维度空间里无法尽早退回原点的话,恐怕就得永远迷航下去了。
虽然波利亚的双亲都是犹太人,但是两人在波利亚出生前一年就改信罗马天主教。波利亚诞生于匈牙利布达佩斯,随后在20世纪40年代成为斯坦福大学数学系教授。波利亚所著《怎样解题》(How to Solve it)一书不但卖出超过一百万册,他本人更被许多人视为20世纪最具有影响力的数学家之一。 数学之书:数学史上250个里程碑式的发现