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有没有比亿还大的单位?

省流版本

  • 兆,京、垓、秭、壤、沟、涧、正、载;
  • 吉、太、拍、艾、泽、尧、容、昆
  • 恒河沙、阿僧秪、那由他、不可思议、无量数、古戈尔
  • 扩张『单位的含义』的话还有:葛立恒数,忙碌海狸数,拉约数,阿列夫零

常见数词及其来源

中文现有的数词单位可以主要可以根据来源分为两类:

  • 第一类是来自我国传统数词的[1],京、垓、秭、壤、沟、涧、正、载等,一般而言是『万进制』
  • 第二类是来自国际单位制的『单位词头』的千、兆[2]、吉、太、拍、艾、泽、尧、容、昆,它们都是『千进制』。

此外还有一些不成体系的大数,如下:

  • 源自『印度神话』的大数,如恒河沙、阿僧秪、那由他、不可思议、无量数
  • 古戈尔(googol):如谷歌(Google)名称的来源,或者说正确写法。

大数领域内的表示方式则至少需要使用高德纳箭号(Knuth's up-arrow)法;这种表示方式也可以认为是『数词单位』的进一步扩展。在此之上还有葛立恒数,忙碌海狸数,拉约数等『用于挑战类大数』。

传统大数

根据我国东汉徐岳撰写的《数术记遗》,亿以上大数单位还有兆,京、垓、秭、壤、沟、涧、正、载。在之后的发展中,还引入了『极』。此外,受佛教影响,恒河沙、阿僧秪、那由他、不可思议、无量数也被纳入里大数系统中,但往往只在佛经中使用。

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单位词头

在日常生活中,往往很少见到上述大数单位,更常见是国际制单位(SI)中的『单位词头』,比如我们套餐的流量(G,即吉);宽带的网速(M,即兆[2]);储存的容量(T,即太),它们均为『千为进』,依次如下表所示:

名称 词头 符号 10 的幂次
quetta- Q 30
ronna- R 27
yotta- Y 24
zetta- Z 21
exa- E 18
peta- P 15
tera- T 12
giga- G 9
mega- M 6
kilo- k 3
1-   0

这也是为什么在家里上网时办的宽带,会说『百兆宽带』或者『千兆宽带』,这里的『兆』实际上就是国际制单位中的『mega』,表示的是Mbps的含义,而不是『万亿』。类似的案例还有声音频率中的『兆赫』。

国际单位词头中还有小数的表示方式,一般而言,我们实际上对这些更为熟悉:

名称 词头 符号 10 的幂次
1-   0
milli- m -3
micro- µ -6
nano- n -9
pico- p -12
femto- f -15
atto- a -18
zepto- z -21
yocto- y -24
ronto- r -27
quecto- q -30

兆的争议——上中下三数法

在常见数词中,我们实际上提到了两个『兆』,分别表示『万亿』和『百万』。如果我们去查《新华字典》的话,会发现『兆』现在的作为数词的本义就是『百万』,古义才是『万亿』。

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那么,『兆』为什么同时有『百万』和『万亿』的含义呢

这实际上是我国古代『上中下三数法』——即不同大数单位之间的进位方式的不同的结果。

具体来说,下数法以『十为进』,即『十万为亿,十亿为兆』,所以有『百万为兆』;中数法以『万万万进』,即『万万为亿,万万亿为兆』;上数法以『数尽进位』,即『万万为亿,亿亿为兆』。具体的如下表所示:

数词\数法 下数 中数 上数
- - -
亿 = 十万 = 万万 =万万
= 十亿 = 万万亿 =亿亿
= 十兆 = 万万兆 =兆兆
= 十京 = 万万京 =京京
= 十垓 = 万万垓 =垓垓
= 十秭 = 万万秭 =秭秭
= 十壤 = 万万壤 =壤壤
= 十沟 = 万万沟 =沟沟
= 十涧 = 万万涧 =涧涧
= 十正 = 万万正 =正正

按照《新华字典》的标准来看,现代汉语中的『』使用的是下数的进位方式和『个十百千』保持了一致;但在日常生活中涉及『百万』时,除了作为单位词头之外,基本上也不会使用『』。

选择『百万』作为『兆』的标准含义的愿意或许是与算盘的使用有关。古代的算盘以十进位,有些制作精量的算盘还会在中间的横梁上刻有对应的数词单位。

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上图是中国珠算博物馆收藏的一把 49 档铭文榉木大算盘,据考证是清代官员周懋琦制作的。我们可以看到其中间的横梁处自左往右分别刻有:『载正涧溝壤,秭垓京兆亿』。

完整的内容自右向左分别是:『渺、埃、尘、纤、微、忽、丝、毫、厘、分、、十、百、千、万、亿、兆、京、陔、秭、壤、沟、涧、正、载[3]。』

不过实际上日常使用的算盘,比如武林外传里面秀才这样的帐房先生的,基本上也不存在这么多的装饰细节。

上上数法:高德纳箭号

上述『上中下三数法』其实可以根据运算方式分为两类:第一类是依靠乘法的『下数法』和『中数法』,二者本质上是一致的,都是乘以一个固定的进制,只不过进制不同;第二类是『数尽进位的上数法』,它本质上使用的平方,每引入一个新的单位,都是当前最大单位的平方

古人的想象到持续到平方的地步,但我们可以进一步迭代上述的计数方式:我们可以把『平方』,放宽成幂次,并进一步迭代:

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\begin{aligned}
a \uparrow b &= a^b \\
a\uparrow \uparrow b &=  \underbrace{a\uparrow a\cdots\uparrow a}_{b 个\uparrow} = \underbrace{a^{a^{a^{.^.}}}}_{b 个\uparrow} \\
\Rightarrow \quad \quad&\\
a \uparrow^n b &= \left\{\begin{aligned} &1 && b =0 \\ &a^b &&n=1 \\ a\uparrow^{n-1}&(a \uparrow^n(b-1)) && \end{aligned}\right . \\
\\
\end{aligned} \\ 

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