我的花園里生活著好幾種蜘蛛,有絲光蛛,也有條紋蛛。我在觀察它們的網(wǎng)時(shí),發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很有趣的現(xiàn)象:盡管不同蜘蛛的網(wǎng)輻條數(shù)各不相同,但它們有一個(gè)共同的特點(diǎn),這個(gè)特點(diǎn)也適用于任何一個(gè)蜘蛛網(wǎng)——那就是輻條排列均勻,相鄰輻條所成的角大小一致。
蜘蛛雜亂無章地朝各個(gè)方向跳躍,卻制造出了一個(gè)非常規(guī)則的網(wǎng)。掛在半空中,就像是教堂墻上的彩繪玻璃一樣美麗。
蛛網(wǎng)上有很多同心圓,它們被伸向各個(gè)方向的輻條切割成一個(gè)個(gè)并排挨著的扇形。每個(gè)扇形中從頂角到外沿都有許多弦,也就是連接兩根輻條的細(xì)線。這些弦互相平行,越靠近圓心,弦之間的距離越小。每條弦與扇形的兩條邊相交,形成四個(gè)角,上面的兩個(gè)角都是鈍角,下面的兩個(gè)都是銳角。而且每條絲線與相鄰兩根輻條相交所得的鈍角和銳角,與其他絲線與相鄰輻條相交所得的鈍角和銳角的度數(shù)是相同的。
數(shù)學(xué)界有一種非常有名的曲線叫“對數(shù)螺線”。這種螺線永無止境,看似越繞越小,但是永遠(yuǎn)不會(huì)繞到盡頭。就像圓周率一樣,小數(shù)點(diǎn)后面位數(shù)越多越精確,但是永遠(yuǎn)得不到一個(gè)準(zhǔn)確的數(shù)字。這種沒有盡頭的概念,比如,圓周率、對數(shù)螺線,一般只會(huì)出現(xiàn)在科學(xué)家們的腦子里,現(xiàn)實(shí)中用不到。但是小蜘蛛竟然也懂得這些東西,讓人不得不佩服。它們的蛛網(wǎng)便是依照對數(shù)螺線來繞的,并且非常精確。
很多數(shù)學(xué)家、科學(xué)家都對“對數(shù)螺線”著迷,還有的人一生致力于研究這些東西。
這些概念、定理之類的東西對日常生活有什么用?難道它們就只是一個(gè)客觀存在嗎?難道它們對人們的生活就沒有一點(diǎn)兒影響嗎?
事實(shí)恰恰相反,對數(shù)螺線在我們的生活中無處不在。除了蜘蛛,還有很多動(dòng)物的巢穴都是遵循對數(shù)螺線建造的,蝸牛便是其中一個(gè)。大家觀察一下蝸牛殼上的紋路,難道不正是一個(gè)對數(shù)螺線嗎?
在其他殼類動(dòng)物的化石中,也經(jīng)常發(fā)現(xiàn)對數(shù)螺線?,F(xiàn)在,南海中還生活著一種鸚鵡螺,它的祖先能追溯到太古時(shí)代。億萬年過去了,它們的外貌沒有發(fā)生一點(diǎn)兒變化,它們的殼依然是依照對數(shù)螺線設(shè)計(jì)的,還是祖先那副模樣。不用說遙遠(yuǎn)的南海,就是我們家附近水池中很普通的螺,它的殼都符合對數(shù)螺線。
這些高深莫測的數(shù)學(xué)定律被它們隨意地運(yùn)用,是誰傳授給它們這些知識(shí)的呢?有一種說法挺有趣。說蝸牛的祖先是一種蠕蟲,無意中發(fā)現(xiàn)揪住自己的尾巴把自己絞成螺旋形是一件很舒服的事情。于是它便經(jīng)常一邊做著這個(gè)動(dòng)作,一邊曬太陽。時(shí)間長了它便變成這副模樣,身體變成了螺旋形。
那蜘蛛呢?它的祖先可不是蠕蟲。蜘蛛一個(gè)小時(shí)就能造好的網(wǎng),看上去比需要幾年時(shí)間才能造好的蝸牛殼還精致。是誰賜予它們這種天賦呢?有的時(shí)候,在我們眼中高明的東西是它們唯一的技巧。除此之外,它們不會(huì)運(yùn)用其他方法。好比蜘蛛,我們覺得它們會(huì)運(yùn)用深?yuàn)W的對數(shù)螺線來織網(wǎng)很了不起;事實(shí)上,你要是讓它們織個(gè)簡單的三角形或者四方形,它們反而會(huì)束手無策。這就是本能,這就是神奇的大自然。
幾何學(xué)無處不在,我們在蜘蛛織的網(wǎng)中發(fā)現(xiàn)了它;我們在蝸牛的殼上發(fā)現(xiàn)了它;我們在鐵杉果的鱗片中發(fā)現(xiàn)了它;當(dāng)我們仰望星空,我們還會(huì)在行星運(yùn)行的軌道上發(fā)現(xiàn)它。小到原子大到宇宙,這門無處不在、無時(shí)不在的學(xué)科,仿佛統(tǒng)治了世間的一切。
選自《閱讀時(shí)代》