如果将一张纸反复对折,那么它的厚度将会增长得很快,继续对折也就越发困难,对于普通的a4纸而言,可能对折6、7次就难以继续下去了。
这个问题非常类似于那个著名的典故:第一天交还1块钱,之后每天翻上一倍,一个月之后,即便是全世界的财富加在一起也难以支付这笔巨额的费用了。推此即彼,于是一种说法出现了,就是将一张纸对折105次之后就可以撑破整个宇宙,真的是这样吗?在现实世界之中,我们是无法将普通的纸对折105次的,因为随着厚度的增加,对折将会变得非常困难,根据已有的记录显示,曾经将纸对折次数最多的是美国得克萨斯州圣马克中学的一位老师,2011年的时候,他带领他的学生们将一张长4000米的厕纸对折了13次,不过这件事并没有被纳入吉尼斯世界纪录。
我们不知道那张巨型厕纸是否真的被折了13次,但我们知道,如果是A4纸的话,折6、7次就已经是极限了,所以我们无法通过实验来验证对折105次的纸到底有多厚,只能通过计算来得知结果。
就以普通的A4纸为例吧,因为A4纸的厚度是明确的,约为0.1毫米。0.1毫米对折一次是0.2毫米,对折第二次是0.4毫米,对折第三次是0.8毫米,对折第四次是1.6毫米,对折第五次是3.2毫米,对折第六次是6.4毫米,对折第七次是12.8毫米,对折第八次是25.6毫米,对折第九次是51.2毫米,对折第十次是102.4毫米。102.4是0.1的1024倍,也就是说每对折10次,厚度就会增加1024倍,既然如此,接下来的计算就变得简单了。这张纸对折第20次的厚度就是第十次厚度的1024倍,也就是104.8576米。
104.8576米,这个高度已经超过了大多数人所居住的楼房高度,因为这个高度如果折算成楼房的话,差不多要超过30层了。
一张只有0.1毫米的纸,只对折了20次,高度就超越了30层楼,不得不说很令人惊讶,然而更令人惊讶的还在后面。根据上面的计算公式,当这张纸对折第30次的时候,它的厚度将达到第20次厚度的1024倍,也就是107374.18米,现在高度已经超过10万米了。这个高度如果放倒的话,大概就是从北京到天津的距离,而这不过是0.1毫米的纸对折30次而已。
现在让我们加快速度,连续乘以两个1024,得到对折50次后的高度,约为1.126亿千米。地球与太阳之间的平均距离约为1.4960亿千米,0.1毫米的纸对折50次后已经接近地日平均距离了。
在将这张纸对折100次之后,便只能以光年来进行计算了,此时的高度约为134亿光年,再对折5次,就达到了我们的目标105次,此时的高度为4288亿光年。
撑破了宇宙没?这的确超越了可观测宇宙的范围。宇宙很大,但我们可以观测的区域却是有限的,因为宇宙始终处于膨胀之中,距离越远的区域,膨胀速度就越快,在930亿光年以外的区域,由于膨胀速度超越了光速,所以是不可见的,而我们就将可见的这部分宇宙称之为可观测宇宙。而在可观测宇宙之外,虽然还存在着更为广阔的空间,但对于人类而言,已经没有意义了。
一张0.1毫米的纸,在对折了105次之后,便达到了惊人的4288亿光年,超过了可观测宇宙的半径,这的确很了不起,但说撑破宇宙就有些夸张了,因为没有人知道宇宙真实的大小,或者说它的大小早已超越了我们的认知能力。
在现实世界之中,人类想走出半径为1光年的太阳系都遥不可及,而在思想的世界,我们只需要一张0.1毫米的纸,将其对折105次,就可以超越可观测宇宙的半径,这的确是一件很过瘾的事,而这也是一件无法在现实世界中复制的事。
显然,在现实世界中,我们无法将一张纸对折105次,但即便我们能够对折这么多次,我们也找不到这么大的纸,想一想,这张纸最终折完的厚度达到了4288亿光年,而地球的直径只有12742公里,在这张想象之中的纸面前,地球显得太小了,即便是把地球、太阳系、乃至整个银河系的物质都加在一起,也打造不出这样的一张大纸。这可能就是数学的魅力,尽管在现实世界中我们十分渺小,但在数学的世界里,我们无所不能。