在著名科幻小说《银河系漫游指南》中,道格拉斯·亚当斯给出了一个“宇宙、生命与万物的答案”——42。它也成为一代又一代“指南迷”心中的神圣数字。
抛开科幻的脑洞,在科学的世界里,比如数学和物理中,数字42背后真的藏着许多有趣的事实。
想要“制造彩虹”,办法有不少,比如,我们可以拿着浇灌花园的龙头,对着天空喷出水珠。所有这些方法都有一些共同点。这些彩虹都来自光在水滴中的反射。只要这些水滴是淡水,峰值强度就出现在入射光线与反射光线的夹角呈42°时。
你所见的每一条主彩虹都有几乎一样的弧度,其中的原因并不复杂:光线在水中的速度与在空气中的速度不同,当光进入或离开介质时,它总是以一种可预测的方式弯曲,这是由光在水和空气交界处的入射角决定的。当光从空气进入水中时,不同波长的光线弯曲角度略有不同,导致颜色分散“显露”出来。假设所有水滴都是完美的球体(这其实是个不错的假设),当光线照射到水滴的背面时,它会以一个已知的、可预测的角度反射。当光重新回到空气中时,每个波长都会以一个特定的角度偏离原来的路径,在可见光的光谱上,这个角度大约在41°多到略小于43°之间,峰值强度就在42°。
假设存在任何一个星球,那里大气稀薄,光能够穿透大气,并以接近真空光速的速度传播,大气中还存在纯水滴,类似的42°彩虹的现象都会出现。然而,这其实并不是一种真正普遍的现象,如果大气折射率不可忽略,如果水滴是椭球而不是球形的,如果它们是盐水而不是淡水,或者它们是由完全不同的物质构成的,彩虹就可能以完全不同的角度出现。
在数学中,分拆(partition)有非常具体的定义,它代表着用不同正整数相加的方式来表示一个数字。比如,有7种方式可以分拆5,它们分别是
5 = 1 1 1 1 1
= 1 1 1 2
= 1 1 3
= 1 2 2
= 1 4
= 2 3
= 5
这种分拆可以用杨图(Young diagram,见上图)来表示。这些图长得很像俄罗斯方块,每一组方块的个数等于被分拆的整数,而不同的组合方式则代表了相应的分拆方式。
对于10来说,总共有42种分拆方式。有意思的是,这不仅是42和10的唯一联系。比如,10 = 21 23,而42 = 21 23 25。在二进制中,10(10) = 1010(2),而42(10)= 101010(2)。这些数字和关系在数学和物理(尤其是群论相关的领域)具有非常重要的作用。
如果允许其中两个数相等,满足上述等式的a,b,c和d其实有不少,比如a=2,b=4,c=d=8;或者a=b=3,c=4,d=12,等等。但如果要求这四个数字必须都不相同的,那等式的解就少得多了。在这种情况下,a,b,c或d中可能的最大值就是42,这组解中其余三个数字分别是2,3和7。事实上,这四个数字之间还存在另一种关系,因为2,3和7是42的素因数(42 = 2 × 3 × 7)。