Số Pi (π) từ lâu đã được coi là một trong những hằng số toán học quan trọng nhất, đại diện cho tỉ lệ giữa chu vi và đường kính hình tròn - Ảnh: AI
Số Pi (π) là một số vô tỉ, có vô hạn chữ số thập phân và không thể biểu diễn chính xác bằng phân số. Nó được người Babylon và Hy Lạp cổ đại sử dụng từ hơn 4.000 năm trước. Người Babylon đã ước lượng Pi với giá trị xấp xỉ 3,125, trong khi người Hy Lạp như Archimedes dùng các phương pháp hình học để ước lượng giá trị Pi trong khoảng 3,140845 < π < 3,142857.
Trong tính toán phổ thông, chúng ta thường dùng các giá trị xấp xỉ như 3,14159 hoặc 22/7, nhưng những con số này chưa đủ độ chính xác cho các bài toán hiện đại, đặc biệt trong cơ học lượng tử và mô phỏng hạt cơ bản.
Công thức tính số Pi mới được công bố lần đầu trên tạp chí Physical Review Letters vào năm 2024, nhưng chỉ đến gần đây mới nhận được sự quan tâm và thảo luận sâu rộng từ cộng đồng khoa học quốc tế.
Trong nghiên cứu, hai nhà vật lý Arnab Priya Saha và Aninda Sinha từ Viện Khoa học Ấn Độ đã phát triển một mô hình lượng tử mới nhằm tối ưu hóa việc mô phỏng sự tương tác giữa các hạt. Điều bất ngờ là trong quá trình xây dựng mô hình, họ đã tìm ra một công thức Pi hoàn toàn mới. Công thức này cho phép tính toán chính xác hơn với ít bước tính hơn, giúp giảm đáng kể khối lượng xử lý dữ liệu.
Saha và Sinha đã kết hợp sơ đồ Feynman, công cụ toán học mô tả cách các hạt tương tác và tán xạ, với hàm beta Euler vốn được sử dụng trong lý thuyết dây. Kết quả là một chuỗi toán học đặc biệt, hội tụ rất nhanh về giá trị của Pi, giúp tăng tốc độ tính toán so với các phương pháp trước đây.
Nói cách khác, các nhà khoa học giờ đây có thể tính ra giá trị Pi với độ chính xác cực cao mà không cần lưu trữ hàng triệu chữ số.
Trong cơ học lượng tử, việc mô phỏng sự tương tác giữa các hạt cực nhỏ vốn đòi hỏi siêu máy tính và lượng dữ liệu khổng lồ. Công thức Pi mới giúp tối ưu hóa quá trình này, giảm số bước tính toán nhưng vẫn duy trì độ chính xác ở mức cao. Đây chính là một ví dụ điển hình của tối ưu hóa khoa học: đạt được cùng một kết quả nhưng với ít tài nguyên hơn.
Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như vật lý hạt cơ bản, mô phỏng vũ trụ, trí tuệ nhân tạo và vật liệu lượng tử. Công thức Pi mới cho phép các nhà khoa học xử lý dữ liệu nhanh hơn, giảm thiểu chi phí tính toán và mở ra khả năng nghiên cứu những hiện tượng mà trước đây gần như không thể mô phỏng chính xác.
Theo tiến sĩ Aninda Sinha, hướng nghiên cứu này từng được đề xuất vào những năm 1970 nhưng bị bỏ dở vì tính toán quá phức tạp. Nhờ sự phát triển của công nghệ tính toán hiện đại và toán học tiên tiến, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng mô hình mới hội tụ nhanh hơn dự kiến, giúp việc tính toán Pi trở nên khả thi hơn bao giờ hết.
Dù công thức Pi mới chưa có ứng dụng trực tiếp trong đời sống hằng ngày, đây là một bước tiến quan trọng cho khoa học cơ bản. Nghiên cứu này không chỉ mở rộng hiểu biết về Pi mà còn cho thấy tiềm năng tăng tốc các mô hình lượng tử và giải quyết các bài toán phức tạp trong tương lai.
Như tiến sĩ Sinha chia sẻ: "Đây là niềm vui thuần túy của khoa học lý thuyết. Dù chưa mang lại ứng dụng ngay lập tức, nó mở ra những cánh cửa mới cho tri thức và nghiên cứu".
