Tidak banyak yang secerdas Einstein. Tetapi ternyata beberapa wilayah global memiliki rata-rata IQ lebih tinggi daripada yang lain. Dan para ilmuwan mulai mencari tahu mengapa.

Membosankan atau Tidak?

Matematika adalah satu-satunya bidang pengetahuan yang secara obyektif dapat digambarkan sebagai “benar”, karena teorema-teoremanya diturunkan dari logika murni. Namun, pada saat yang sama, teorema tersebut seringkali sangat aneh dan kontra-intuitif.

Beberapa orang menganggap matematika itu membosankan. Seperti yang ditunjukkan oleh contoh-contoh ini, itu tidak lain.

Pola Acak

Anehnya, data acak sebenarnya tidak terlalu acak. Dalam daftar angka yang mewakili apa pun mulai dari harga saham hingga populasi kota hingga ketinggian bangunan hingga panjang sungai. Sekitar 30 persen dari angka-angka tersebut akan dimulai dengan digit 1. Lebih sedikit dari mereka akan dimulai dengan 2, bahkan kurang dengan 3, dan seterusnya. Hingga hanya satu angka dari dua puluh yang akan dimulai dengan 9. Semakin besar kumpulan datanya, dan semakin banyak urutan besarnya, semakin kuat pola ini muncul.

Prime Spirals

Karena bilangan prima tidak dapat dibagi (kecuali 1 dan dirinya sendiri), dan karena semua bilangan lain dapat ditulis sebagai kelipatannya. Bilangan tersebut sering dianggap sebagai “atom” dalam dunia matematika. Meskipun penting, distribusi bilangan prima di antara bilangan bulat masih menjadi misteri. Tidak ada pola yang menentukan bilangan mana yang akan menjadi bilangan prima atau seberapa jauh bilangan prima yang berurutan.

Keacakan bilangan prima yang tampak membuat pola yang ditemukan pada “ulam spiral” memang sangat aneh.

Pada tahun 1963, matematikawan Stanislaw Ulam melihat pola aneh saat mencoret-coret di buku catatannya selama presentasi. Ketika bilangan bulat ditulis dalam bentuk spiral, bilangan prima sepertinya selalu berada di sepanjang garis diagonal. Ini sendiri tidak terlalu mengejutkan, karena semua bilangan prima kecuali bilangan 2 adalah ganjil. Dan garis diagonal dalam spiral bilangan bulat adalah ganjil dan genap secara bergantian. Yang jauh lebih mengejutkan adalah kecenderungan bilangan prima untuk berada di beberapa diagonal lebih banyak daripada yang lain. Dan ini terjadi terlepas dari apakah Anda memulai dengan 1 di tengah, atau bilangan lainnya.

Bahkan saat Anda memperkecil ke skala yang jauh lebih besar. Seperti pada plot ratusan angka di bawah, Anda dapat melihat garis diagonal yang jelas dari bilangan prima (titik hitam). Dengan beberapa garis lebih kuat dari yang lain. Ada dugaan matematis mengapa pola prima ini muncul, tetapi tidak ada yang terbukti.

Sphere Eversion

Dalam bidang penting matematika yang disebut topologi, dua objek dianggap setara, atau “homeomorfik”. Jika salah satu dapat diubah menjadi objek lain hanya dengan memutar dan merentangkan permukaannya; keduanya berbeda jika Anda harus memotong atau melipat permukaan salah satu untuk membentuknya kembali menjadi bentuk yang lain.

Pertimbangkan, misalnya, sebuah torus – objek berbentuk dougnut yang ditampilkan di slide intro. Jika Anda memutarnya ke atas, memperlebar satu sisi dan menjorok ke atas sisi itu. Anda akan mendapatkan objek silinder dengan pegangan. Jadi, lelucon matematika klasik adalah mengatakan bahwa ahli topologi tidak dapat membedakan donat mereka dari cangkir kopi mereka.

Di sisi lain, band Moebius – loop dengan satu lilitan di dalamnya – tidak homeomorfik dengan loop bebas puntir (silinder). Karena Anda tidak dapat melepaskan lilitan dari band Moebius tanpa memotongnya, membalik salah satu tepi, dan memasang kembali.

Para topolog lama bertanya-tanya: Apakah sebuah bola bersifat homeomorfik dengan versi dalam-luarnya sendiri? Dengan kata lain, dapatkah Anda membalikkan bola ke dalam? Pada awalnya tampaknya tidak mungkin, karena Anda tidak diizinkan membuat lubang di bola dan menarik bagian dalamnya. Namun pada kenyataannya, “sphere eversion”, demikian sebutannya, adalah mungkin. Tonton video di atas untuk melihat cara melakukannya.

Hebatnya, ahli topologi Bernard Morin, seorang pengembang kunci dari metode kompleks eversi yang ditunjukkan di sini, buta.

Matematika di Dinding

Meskipun mereka mungkin dihiasi dengan variasi tak terbatas dari hiasan, secara matematis, hanya ada sejumlah terbatas pola geometris berbeda. Semua lukisan Escher, wallpaper, desain ubin, dan memang semua susunan dua dimensi yang berulang. Dapat diidentifikasi sebagai milik satu atau yang lain dari apa yang disebut “grup wallpaper”. Dan berapa banyak grup wallpaper yang ada? Tepat 17.

Soneta

“Seperti soneta Shakespeare yang menangkap esensi cinta. Atau lukisan yang memunculkan keindahan bentuk manusia yang jauh lebih dari sekadar kulit. Persamaan Euler menjangkau hingga ke kedalaman keberadaan.”

Ahli matematika Stanford, Keith Devlin, menulis kata-kata ini tentang persamaan di sebelah kiri. Dalam esai tahun 2002 yang berjudul “Persamaan Terindah”. Tapi mengapa formula Euler begitu menakjubkan? Dan apa artinya itu?

Pertama, huruf “e” mewakili angka irasional (dengan digit tak berujung) yang dimulai 2,71828 … Ditemukan dalam konteks bunga majemuk yang terus menerus. Ia mengatur tingkat pertumbuhan eksponensial, dari populasi serangga hingga akumulasi bunga hingga peluruhan radioaktif. Dalam matematika, bilangan tersebut menunjukkan beberapa sifat yang sangat mengejutkan. Seperti – menggunakan terminologi matematika – sama dengan jumlah inversi semua faktorial dari 0 hingga tak terhingga. Memang, konstanta “e” menyelimuti matematika, muncul entah dari mana dalam sejumlah besar persamaan penting.

Selanjutnya, “i” mewakili apa yang disebut “bilangan imajiner”: akar kuadrat dari negatif 1. Disebut demikian karena, pada kenyataannya, tidak ada bilangan yang dapat dikalikan dengan sendirinya. Untuk menghasilkan bilangan negatif (dan negatif angka tidak memiliki akar kuadrat nyata). Tetapi dalam matematika, ada banyak situasi di mana seseorang dipaksa untuk mengambil akar kuadrat dari sebuah negatif. Oleh karena itu, huruf “i” digunakan sebagai semacam stand-in untuk menandai tempat di mana hal ini dilakukan.

Pi, rasio keliling lingkaran dengan diameternya, adalah salah satu bilangan yang paling disukai dan paling menarik dalam matematika. Seperti “e,” tampaknya tiba-tiba muncul dalam sejumlah besar rumus matematika dan fisika.

Gabungkan semuanya, konstanta “e” yang dipangkatkan ke pangkat “i” imajiner dikalikan dengan pi sama dengan -1. Dan, seperti yang terlihat pada persamaan Euler, menambahkan 1 untuk menghasilkan 0. Tampaknya hampir tidak dapat dipercaya bahwa semua bilangan aneh ini – dan bahkan yang tidak nyata – akan bergabung begitu sederhana. Tapi itu fakta yang sudah terbukti.