网上流传着一个说法:一张纸对折的次数不能超过七次。这是真的吗?一张纸到底可以折叠多少次?
乍听到这种说法,你可能会觉得有些难以置信,迫不及待拿起手边的纸张尝试起来。如果你选择的是常用的A4打印纸,那也许刚好能够验证这句话,你会发现自己将纸张对折第八次的时候,这张纸坚硬得完全不像一张纸,即使用牙咬、用钳夹,都很难把它再对折起来。这是怎么回事?
2002年,这个问题就摆在当时正上高三的美国学生布兰妮·加利文面前,数学老师给他们留了一项课外作业:将任意一件物品对折12次。加利文选择的是一张薄薄的金箔,她成功完成了作业。随后,老师将作业难度提高了,他将物品指定为一张纸。如果受困于网上流传的说法,学生们可能会觉得老师在故意刁难他们,很快放弃这个任务,可是加利文不这么想,她想知道,一张纸为什么只能叠七次。
像多数人一样,加利文首先选择的是实践法,她花了很多时间尝试折叠打印纸、报纸等各种类型的纸张,结果令人沮丧,这些尝试全部失败了,她无法将它们折叠超过七次。后来,加利文进行了一系列数学计算,她发现了一个惊人的事实:随着对折次数的增加,纸张厚度将大到难以想象,当纸张厚度远远超过其长度时,折纸的难度就会大大增加。
一张A4纸厚度大约是0.1毫米,每折叠一次,纸张厚度就会翻倍:第一次对折纸张厚0.2毫米,对折两次纸张厚0.4毫米,再折一次厚度变成0.8毫米……看起来,纸张厚度的变化并不大,但是随着折叠次数的增加,纸张厚度的增长速度将变成火箭级。
折纸爱好者相聚
假设折叠次数是n次,每折叠一次,纸张的张数就变成2n,纸张厚度就是0.1×2n毫米。代入这个式子可以算出,对折20次时,纸张厚度将超过100米;当对折到27次时,厚度已经超过了13000米,比世界第一高峰珠穆朗玛峰还高;对折37次,厚度已经有13742千米,而地球的直径也仅有12742千米,也就是说,这时候地球已经容不下这张纸了;当纸张对折到第42次时,厚度将达到43.98万千米,已经超过了地球与月球之间的平均距离38.4万千米;如果纸张连续对折51次,厚度将达到2.25亿千米,超过了从地球到太阳之间的平均距离1.5亿千米!
折叠次数的增加导致纸张增厚的速度是恐怖的,我们不可能将比地球更厚的纸给对折起来。那么,我们究竟能将一张纸折叠多少次呢?加利文提出的方程式计算了一张纸可以折叠多少次,她发现,为了将一张纸对折多次,需要一张又长又薄的纸——加利文找来一张长达1219米的厕纸,将之铺在一家超市的长廊里,用了大约八个小时的时间将它对折了12次,创造了世界纪录。
当然,这也许不是折纸次数的极限,但想要增加折叠次数,纸张长度的增加也是恐怖的:如果想要折叠20次,需要地球赤道15倍长的纸张,也就是大约60万千米长的纸!更别提能够折叠更多次的纸张了。此外,纸张的机械性能也限制了折叠次数。碳酸钙是纸张的另一种主要成分,这种物质被添加到纸制品中,能使成品比仅由木纤维组成的纸制品更不透明和质地更坚硬。可是,碳酸钙也是一种矿物质,当它被限制在一个极小的区域时,纸张将变得非常脆,此时如果我们用强大的外力去折叠纸张,纸张就会被压碎。
由此可见,叠一座纸桥通往太阳的美好梦想注定只能活在书本里。