登陆注册
28565800000029

第29章 蜘蛛的几何学

当我们观察着园蛛,尤其是丝光蛛和条纹蛛的网时,我们会发现它的网并不是杂乱无章的,那些辐排得很均匀,每对相邻的辐所交成的角都是相等的;虽然辐的数目对不同的蜘蛛而言是各不相同的,可这个规律适用于各种蜘蛛。

我们已经知道,蜘蛛织网的方式很特别,它把网分成若干等份,同一类蜘蛛所分的份数是相同的。当它安置辐的时候,我们只见它向各个方向乱跳,似乎毫无规则,但是这种无规则的工作的结果是造成一个规则而美丽的网,像教堂中的玫瑰窗一般。即使他用了圆规、尺子之类的工具。没有一个设计家能画出一个比这更规范的网来。

我们可以看到,在同一个扇形里,所有的弦,也就是那构成螺旋形线圈的横辐,都是互相平行的,并且越靠近中心,这种弦之间的距离就越远。每一根弦和支持它的两根辐交成四个角,一边的两个是钝角,另一边的两个是锐角。而同一扇形中的弦和辐所交成的钝角和锐角正好各自相等——因为这些弦都是平行的。

不但如此,凭我们的观察,这些相等的锐角和钝角,又和别的扇形中的锐角和钝角分别相等,所以,总的看来,这螺旋形的线圈包括一组组的横档以及一组组和辐交成相等的角。

这种特性使我们想到数学家们所称的“对数螺线”。这种曲线在科学领域是很著名的。对数螺线是一根无止尽的螺线,它永远向着极绕,越绕越靠近极,但又永远不能到达极。即使用最精密的仪器,我们也看不到一根完全的对数螺线。这种图形只存在科学家的假想中,可令人惊讶的是小小的蜘蛛也知道这线,它就是依照这种曲线的法则来绕它网上的螺线的,而且做得很精确。

这螺旋线还有一个特点。如果你用一根有弹性的线绕成一个对数螺线的图形,再把这根线放开来,然后拉紧放开的那部分,那么线的运动的一端就会划成一个和原来的对数螺线完全相似的螺线,只是变换了一下位置。这个定理是一位名叫杰克斯·勃诺利的数学教授发现的,他死后,后人把这条定理刻在他的墓碑上,算是他一生中最为光荣的事迹之一。

那么,难道有着这些特性的对数螺线只是几何学家的一个梦想吗?这真的仅仅是一个梦、一个谜吗?那么它究竟有什么用呢?

它确实广泛的巧合,总之它是普遍存在的,有许多动物的建筑都采取这一结构。有一种蜗牛的壳就是依照对数螺线构造的。世界上第一只蜗牛知道了对数螺线,然后用它来造壳,一直到现在,壳的样子还没变过。

在壳类的化石中,这种螺线的例子还有很多。现在,在南海,我们还可以找到一种太古时代的生物的后代,那就是鹦鹉螺。它们还是很坚贞地守着祖传的老法则,它们的壳和世界初始时它们的老祖宗的壳完全一样。也就是说,它们的壳仍然是依照对数螺线设计的。并没有因时间的流逝而改变,就是在我们的死水池里,也有一种螺,它也有一个螺线壳,普通的蜗牛壳也是属于这一构造。

可是这些动物是从哪里学到这种高深的数学知识的呢?又是怎样把这些知识应用于实际的呢?有这样一种说法,说蜗牛是从蠕虫进化来的。某一天,蠕虫被太阳晒得舒服极了,无意识地揪住自己的尾巴玩弄起来,便把它绞成螺旋形取乐。突然它发现这样很舒服,于是常常这么做。久而久之便成了螺旋形的了,做螺旋形的壳的计划,就是从这时候产生的。

但是蜘蛛呢?它从哪里得到这个概念呢?因为它和蠕虫没有什么关系。然而它却很熟悉对数螺线,而且能够简单地运用到它的网中。蜗牛的壳要造好几年,所以它能做得很精致,但蛛网差不多只用一个小时就造成了,所以它只能做出这种曲线的一个轮廓,尽管不精确,但这确实是算得上一个螺旋曲线。是什么东西在指引着它呢?除了天生的技巧外,什么都没有。天生的技巧能使动物控制自己的工作,正像植物的花瓣和小蕊的排列法,它们天生就是这样的。没有人教它们怎么做,而事实上,它们也只能作这么一种,蜘蛛自己不知不觉地在练习高等几何学,靠着它生来就有的本领很自然地工作着。

我们抛出一个石子,让它落到地上,这石子在空间的路线是一种特殊的曲线。树上的枯叶被风吹下来落到地上,所经过的路程也是这种形状的曲线。科学家称这种曲线为抛物线。

几何学家对这曲线作了进一步的研究,他们假想这曲线在一根无限长的直线上滚动,那么它的焦点将要划出怎样一道轨迹呢?答案是:垂曲线。这要用一个很复杂的代数式来表示。如果要用数字来表示的话,这个数字的值约等于这样一串数字1+1/1+1/1*2+1/1*2*3+1/1*2*3*4+……的和。

几何学家不喜欢用这么一长串数字来表示,所以就用“e”来代表这个数。e是一个无限不循环小数,数学中常常用到它。

这种线是不是一种理论上的假想呢?并不,你到处可以看到垂曲线的图形:当一根弹性线的两端固定,而中间松弛的时候,它就形成了一条垂曲线;当船的帆被风吹着的时候,就会弯曲成垂曲线的图形;这些寻常的图形中都包含着“e”的秘密。一根无足轻重的线,竟包含着这么多深奥的科学!我们暂且别惊讶。一根一端固定的线的摇摆,一滴露水从草叶上落下来,一阵微风在水面拂起了微波,这些看上去稀松平常、极为平凡的事,如果从数学的角度去研究的话,就变得非常复杂了。

我们人类的数学测量方法是聪明的。但我们对发明这些方法的人,不必过分地佩服。因为和那些小动物的工作比起来,这些繁重的公式和理论显得又慢又复杂。难道将来我们想不出一个更简单的形式,并使它运用到实际生活中吗?难道人类的智慧还不足以让我们不依赖这种复杂的公式吗?我相信,越是高深的道理,其表现形式越应该简单而朴实。

在这里,我们这个魔术般的“e”字又在蜘蛛网上被发现了。在一个有雾的早晨,这粘性的线上排了许多小小的露珠。它的重量把蛛网的丝压得弯下来,于是构成了许多垂曲线,像许多透明的宝石串成的链子。太阳一出来,这一串珠子就发出彩虹一般美丽的光彩。好像一串金刚钻。“e”这个数目,就包蕴在这光明灿烂的链子里。望着这美丽的链子,你会发现科学之美、自然之美和探究之美。

几何学,这研究空间的和谐的科学几乎统治着自然界的一切。在铁杉果的鳞片的排列中以及蛛网的线条排列中,我们能找到它;在蜗牛的螺线中,我们能找到它;在行星的轨道上,我们也能找到它,它无处不在,无时不在,在原子的世界里,在广大的宇宙中,它的足迹遍布天下。

这种自然的几何学告诉我们,宇宙间有一位万能的几何学家,他已经用它神奇的工具测量过宇宙间所有的东西。所以万事万物都有一定的规律。我觉得用这个假设来解释鹦鹉螺和蛛网的对数螺线,似乎比蠕虫绞尾巴而造成螺线的说法更恰当。

同类推荐
  • 焦金流石:旱灾与高温的防范自救

    焦金流石:旱灾与高温的防范自救

    本系列主要内容包括“自然灾害”、“火场危害”、“交通事故”、“水上安全”、“中毒与突发疾病”、“突发环境污染”等,书中主要针对日常生活中遇到的各种灾害问题作了详细解答,并全面地介绍了防灾减灾的避险以及自救的知识。居安思危,有备无患。我们衷心希望本书能够帮助青少年迅速掌握各种避险自救技能。
  • 灰喜鹊盖房子

    灰喜鹊盖房子

    《灰喜鹊盖房子》一书荟萃数百则寓言故事,是作者从事寓言童话创作多年来的精品力作。这些寓言故事或长或短,有动物故事、植物故事、还有人物故事,题材丰富。这里有不爱管“闲事”的猴子,有聪明的牧童,还有比唱歌的青蛙,每一个故事都凝聚着作者对事物、对社会的理解和对人生的感悟。本书适合各年龄层次,特别是青少年读者的阅读和收藏,是增长知识,开拓视野,领悟人生的不二宝书。
  • 幻想大王杨鹏获奖作品选:最后一匹狼

    幻想大王杨鹏获奖作品选:最后一匹狼

    小哥哥是山上最后一匹狼,他的妈妈死在猎人的枪下。无助的他与猎人的孙女成为最好的朋友,但是猎人固执地认为,没有了狼,村里才能太平……故事以独特的视角展示了不一样的动物世界,诠释着人与动物、人与自然间不可分割的关系,发人深省!
  • 文坛泰斗的文学家(4)

    文坛泰斗的文学家(4)

    本书精选荟萃了古今中外各行各业具有代表性的有关名人,其中有政治家、外交家、军事家、谋略家、思想家、文学家、艺术家、教育家、科学家、发明家、探险家、经济学家、企业家等,阅读这些名人的成长故事,能够领略他们的人生追求与思想力量,使我们受到启迪和教益,使我们能够很好地把握人生的关健时点,指导我们走好人生道路,取得事业发展。
  • 大森林里的小童话:机智的小山羊

    大森林里的小童话:机智的小山羊

    寓言故事大都篇幅短小、语言精练、哲理深刻。它带给人知识、快乐、有趣的同时,还有人生的启迪与感悟。在一个人的成长中,没有寓言故事相伴是残缺不全的。书中所选的百余则寓言,是作者从事寓言童话创作多年来的精品力作。取材于日常生活和自然界的事物,大都以孩子们喜闻乐见的动物故事、植物故事、人物故事,题材丰富多彩。特别适合少年儿童阅读,是丰富课余生活,增长知识,开阔视野,认识社会的有效途径和桥梁,也是年轻父母们用文学熏陶幼儿的实用文本。小寓言,大趣味;小故事,大道理!
热门推荐
  • 当是浩月当空时

    当是浩月当空时

    短篇小说。当是浩月时,一袭白衣依剑看飞花,若是洒脱,当此时,凭剑断恩仇,快意饮酒。
  • 尘久于心

    尘久于心

    童话中的美好臆想,在梦境中再次降临离别是为了更好的相遇相遇是为了彼此的相守相守是因为爱
  • 文明与家园

    文明与家园

    一个充满魔法热血权谋的大陆,一个群山环绕的小国,一个出生就不知道父母的孤儿,一副铠甲,一个钥匙,隐藏在四周的还有异兽的危机,这片家园将由谁守护,手中的剑又是为谁而战
  • 天行

    天行

    号称“北辰骑神”的天才玩家以自创的“牧马冲锋流”战术击败了国服第一弓手北冥雪,被誉为天纵战榜第一骑士的他,却受到小人排挤,最终离开了效力已久的银狐俱乐部。是沉沦,还是再次崛起?恰逢其时,月恒集团第四款游戏“天行”正式上线,虚拟世界再起风云!
  • 朱自清文集

    朱自清文集

    作为一位散文大家,朱自清以他独特的美文艺术风格,为中国现代散文增添了瑰丽的色彩,为建立中国现代散文全新的审美特征,树立了“白话美文的模范”。朱自清是一位文化多面手,他给后人留下了近200万字的文学遗产。
  • 源量界

    源量界

    懵懂少年一步一步地成长,一开始被各方歧视,经历重重苦难、艰辛的故事。。。。。。谁知这群孩子会如何,谁知他们会另多少人流泪。。。。。。
  • 人生那些年

    人生那些年

    在我大学快要毕业这年,一个女人给我打开了新世界大门……
  • 剑侠情缘之仙月痕

    剑侠情缘之仙月痕

    “我以为你你对我万般呵护是对我的爱,原来这是你对我犯下的错”“八年的相处我以为是我一生中最幸福的时光、原来这八年是你对我最大的惩罚”“太音断琴弦毁,你我恩断义绝,从此仙月无痕。黄泉路上不再有我的足印”我枉死城一百八十条人命你都杀了、为何留下我?你若还有一丝怜悯就杀了我别再让我痛苦下去本文转载自网络原创文学门户—起点中文网:http://www.*****.com/?Book/3557059.aspx
  • 万代剑皇

    万代剑皇

    转世成为十大皇子的叶青云,却无法修炼,“叮!恭喜宿主被神剑系统绑定”,战群雄,与天斗,与地斗。
  • 全系召唤:神荒召唤师

    全系召唤:神荒召唤师

    异世大陆,商家废物一朝睁眼,灵魂重生,我商千年今生今世绝不在负爱我之人。登强者巅峰,契绝世神兽。只因要守护我爱之人。他,淡漠如烟,来历神秘,却2强大无比,为她护她护之人。他,在火中摇曳,冷漠孤寂却甘愿陪她走这一生。那一日,花落漫天,结局渐进。