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
  • 小银,我可爱的憨驴

    小银,我可爱的憨驴

    《小银,我可爱的憨驴》娓娓道来的是作者与一头毛驴(小银)齿唇相依的真挚的情感。小银是作者的兄弟,朋友,或者孩子,他们亲密无间。在作者眼里,毛茸茸的小银玲珑而温顺,外表是那样的柔软,软的就像一腔纯净的棉絮,没有一根骨头,唯有一双宝石般发亮的眼珠,坚硬得像两颗精美明净的黑水晶……
  • 喵卷卷来了:尖叫游乐园

    喵卷卷来了:尖叫游乐园

    《喵卷卷来了4(尖叫游乐园)》是段立欣的童话作品。富有冒险精神的喵卷卷这次被小茉莉带到了所谓的“尖叫”游乐园,这里到处是惊险无比的游乐设施,喵卷卷一次次出洋相,虽然暴露了自己的胆小,但他乐于助人,富于冒险精神的性格没有改变,这次他和小茉莉帮助一对矛盾父子重新和好。
  • 孩子的第一本专注力训练书

    孩子的第一本专注力训练书

    《孩子的第一本专注力训练书》遵循孩子身心发展的规律和认知特点,在编写过程中,我们力求以最大限度地激发孩子的兴趣和心理动力为目标,提出了一些专注力的培养方式和训练方法,希望《孩子的第一本专注力训练书》能成为家长培养孩子专注力的良师益友。孩子是未来,孩子是希望,爱孩子,就从塑造孩子的专注力开始吧!
  • 兽王·九玄龟珠

    兽王·九玄龟珠

    黑龙帮帮主丁屠天的寿宴上,兰虎联合其他的势力对黑龙帮发起了攻击。令人意想不到的是,独孤奇也在宴会上突然出现。独孤奇告诉兰虎,四大神兽之一的玄龟在外星陨落,全身生命精华分为九颗珠子散落四方,独孤奇邀请兰虎结盟,一同前往外星寻找九颗九玄龟珠,平分天下。兰虎断然拒绝,双方一场大战,独孤奇乘坐早已研制妥当的单人宇宙飞船破空而去……在桃花源的帮助下,兰虎最终飞向后羿星,开始九死一生的寻找九玄龟珠之旅……
  • 少儿谜语故事大王

    少儿谜语故事大王

    《少儿谜语故事大王》以少年儿童为主要读者对象,从历代大量脍炙人口、广为流传的谜语故事中精选整理而成,这些故事生动有趣、引人入胜、耐人寻味,在每个故事后面,设有“友情提示”引导读者找出正确答案,随后是“聪明屋大揭秘”列出谜底及分析。《少儿谜语故事大王》是广大灯谜爱好者、青少年学生工作学习之余增知益智的最佳读物。
热门推荐
  • 傅先生的娇妻又跑了

    傅先生的娇妻又跑了

    【重生+逆袭+微科幻+甜宠爽文】你有没有见过开局就挂的女主,别着急,我们的女主还会满血复活的。她,用繁华青春爱尽了一场风花雪月,过程苦涩,结局凄凉。这是一场来自生命的追逐,她累了。她独自一人离开这个世界后,那颗永远走不进的心终于发现里面满满都是她。那块木头醒悟得太晚了。系统051的出现,给了她一次重新开始的机会。她变成了她,菟丝草长成参天大树。军艺舞蹈系大一新生,心高气傲的娇娇女,她还是她吗?四肢不协调?一个空有美貌,走后门的花瓶?恩,以后不是了。机缘巧合,起点正是她梦的开始……当美貌与才华并存,她光芒四射,是人人向往的缪斯女神。【一朝重生,重新开始,她不再是那个她。】舞台上的她,激情四溢,散发出迷人般的魅力。生活中的她,迷糊可萌,时而断联。家人们宠爱,让她越发适应新的身份,乐在其中。***【小剧场】严肃门卫:这人长得贼眉鼠眼,在校门鬼鬼祟祟徘徊几天了,带去警察局。某男:?!我……严肃门卫:我什么我,赶紧走!某男:我好冤啊,媳妇儿还没见到呢~(你睁开你的眯眯眼,我这是帅气的面庞)【男主在追妻的道路上越行越远,加油!革命尚未成功,男主仍需努力】
  • 篮球的信仰

    篮球的信仰

    因为热爱,人们聚集于此。他们拼搏,就算累倒了,也丝毫不肯放弃,问到他时。他会坚毅的说:因为热爱,才有信仰。
  • 孤星绝痕

    孤星绝痕

    她有着让人垂涎的容颜和让人畏惧的身份,受了病危的兄长嘱托亲上泰山请那人出山。故意的诱惑他,既是对自己的放纵也是对兄长的责任,结局早已设定,过程怎么玩转自是由它,只是自古感情都是由不得人的。碧水潭中窥见玉人天姿,虽是心动还能自持。之后的日子,明知她想利用他,却还是一步步陷入了她的温柔乡里。太在乎就变的患得患失,如她所愿的接手凌烟阁,既是承她的情也是为自己隐忍十年的抱负。但这份感情却让他越来越捉摸不定,是真还是假!
  • 超能兵王在都市

    超能兵王在都市

    我命由我不由天!聂峰代号“杀人蜂”,一种随时随地可以置人于死地的凶猛杀人蜂。华夏培养的顶尖特工,一具人形兵器!他是疯子,是毒蜂,更是肆无忌惮、翱翔天地的神龙。八年军旅生涯,造就一代杀神。神秘基因现世,引来世界各国的高手纷沓而至,聂峰飘然而至,看似平静的杨柳镇步步惊心,阴谋缠身,必将掀起一片惊涛骇浪。他为了查出神秘基因,也为了守护红颜知己,毅然决定将所有敌人踩在脚下。
  • 大师兄太有钱了

    大师兄太有钱了

    “……白师兄,你最大的金手指是什么?”白辰亦默默吐出一个字。“钱!”“白师兄,为何你要时时穿白衣?手拿白玉箫,腰挂白玉佩,是因为您姓白吗?”“……不,装逼而已!”“白师兄,你为何一定要与真命天子作对,难道你不知道真命天子的杀伤力吗?”“……因为,他抢了我风头!”白辰亦重活一世,只为了装逼!正所谓一时装逼一时爽,一直装逼一直爽…………嗯,只要有小迷妹的尖叫声,白辰亦觉得他做什么都是值得的。
  • 我的师尊天下第一

    我的师尊天下第一

    曾经,江漾说,他的师尊特温柔,对他超级超级好。众人不解:孟知师尊明明看谁都冷冰冰的啊??柳笙野也说:君上也没有温柔成这样吧??他,他有时候也挺严肃的啊?江漾神秘一笑,眨了眨眼。过了千百年,江漾抚着腰间的荷包,依旧说,师尊特别特别好,我特别特别喜欢他。只是这次,落了一滴泪。
  • 走进宁波

    走进宁波

    本书通过一个个鲜活的人物形象,一个个感人的故事情节和一幅幅珍贵的新老照片,集中展现了宁波丰厚的历史文化底蕴及改革开放以来经济社会的发展成就和活力四射、生机盎然、潜力无限的广阔发展前景。手法新颖,独具匠心,集趣味、意味、回味于一身,集文气、大气、雅气于一体,既蕴涵了宁波磅礴发展的原动力,又体现了宁波人民的自豪感,图文并茂,具有很强的可读性。
  • 镜笑莲华妖娆

    镜笑莲华妖娆

    离笑:离镜,等你再无牵挂的时候,我们一起去快意江湖,好不好?离镜:好★★★颜如玉:我永远不会泄露你的秘密的。绯樱闲:离笑,听说你喜欢美男子,你看我怎么样?巫天:离笑,你是我的。君邪见:小笑笑,你该不会真的喜欢上你妹妹了吧?!辰巳:离笑,你为什么不待见我?容若:好徒儿,你可不能喜欢离镜,她可是你一母同胞的亲妹妹。不行,作为一个爱护徒儿的好师傅,我是绝对不允许的。世无双:离笑,我想待在你身边。水沐白:离笑,我看上的东西,还从来没失手过。花卿误:小狐狸,你到底是男人还是女人啊?落初尘:笑笑,你为什么对我这么好?我说:你们这么多人问,我到底回答哪一个先?★★★本文四不像,较真的童鞋请绕道。。。
  • 与Z先生的那点小事

    与Z先生的那点小事

    我为他伤害了所有人,他为我撑起了整个青春,他说,对我比对自己都好,你说我们怎样的关系?
  • 绝世神医:相府七小姐

    绝世神医:相府七小姐

    她是21世纪的神医,活死人,肉白骨,一身奇毒走天下。一朝穿越,却沦落为人人可欺的相府小姐;他是位高权重的摄政王,喜怒无常腹黑冷酷,年纪轻轻一人之下万人之上。世人皆对她冷眼相待,道她懦弱无能乞丐不如,唯独他对她百依百顺,不离不弃。当腹黑遇上腹黑,又会上演怎样的旷世奇缘?