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每一个数字和后面一个数字相加,正好等于第三个数字。这是一个奇特和有趣的数列,研究数学的人有可能已经想到了,生活在1170到1240年的意大利数学家斐波那契可能是最早发现这个数列的,数学界把这个数列叫作斐波那契数列。他是在研究兔子繁殖的时候发现的。

    一个典型的兔子繁殖在场景是这样的:假定你有一雄一雌一对刚出生的兔子,它们在长到一个月大小时开始交配,在第二月结束时,雌兔子产下另一对兔子,过了一个月后它们也开始繁殖,如此这般持续下去。每只雌兔在开始繁殖时每月都产下一对兔子,假定没有兔子死亡,在一年后总共会有多少对兔子?

    在一月底,最初的一对兔子交配,但是还只有1对兔子;在二月底,雌兔产下一对兔子,共有2对兔子;在三月底,最老的雌兔产下第二对兔子,共有3对兔子;在四月底,最老的雌兔产下第三对兔子,两个月前生的雌兔产下一对兔子,共有5对兔子;……如此这般计算下去,兔子对数分别是:1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89,144,……看出规律了吗?从第3个数目开始,每个数目都是前面两个数目之和。

    嗬嗬,是不是很巧合?当然了,科学家眼里,没有那么多的巧合。有人听得一头雾水了,那让我们亲眼见识一下大自然共通的美妙,我带来了一盒美丽惊人的鹦鹉螺,大家看一看。”

    螺线大家都能想象吧?鹦鹉螺的螺壳就是最完美的生长螺线,这种“美”几乎人人都能赞同。

    土豪艺术家:“这种极为完美的螺线叫等角螺线,设l为穿过原点的任意直线,则l与等角螺线的相交的角永远相等。(不止是直线与直线才有交角,直线与曲线一样可以有交角。)这种螺线怎么画出来的呢?看这个,我这里有边长分别为1,3,5,8,13……也就是边长为斐波纳契数列的正方形,我把它以螺旋的方式一个一个地边贴着边放好,奇迹诞生了,这些正方形的内切圆连接起来,成了对角螺线。

    鹦鹉螺为什么要长成这个样子呢?是为了好看吗?呵呵,也许是吧,今天我要抛出来引发大家思考的命题就是——美,就是生存,生存就是美。坚硬的外壳是生物的生存策略,等角螺线这样的生长螺线是其中的一个极致。树皮也很坚硬,但不够硬,所以我们看到树皮长大到一定程度就裂开了,然后重新长出适合新树干的皮,乌龟的壳也有裂纹,昆虫、蛇的外壳生长到一定的程度就会蜕皮。

    而鹦鹉螺的壳不需要掉落,它们有独一无二的本领——等角螺线式地生长,因为壳曲线与经过原点直线相交的交角是完全一样的,鹦鹉螺的细胞只需要一个参数就可以正确地不断地生长,并尽情地使用最坚硬永远不用蜕去的壳,这对保护它们柔弱的躯体有益。这种方式也是最省材料、最划算的、最省力的。

    说到最省力,我有一个更好的美图给大家欣赏——请大家看我带来的风车星系的照片,这是伟*国的天文学家皮埃尔·梅香发现的,他发现了很多螺旋星系,其中风车星系最美最正点。星系是靠引力维系在一起的天体集群,数以亿计的恒星也以对角螺线的方式聚拢在一起,这证明了什么?这是引力中心最‘省力’的牵引庞大天体的方式,在天文尺度证明了这种曲线的合理性。鹦鹉螺壳以这种方式结合在一起,就会达到坚硬、致密的极致。

    鹰也知道等角螺线的奥秘,它们接近猎物时的空中盘旋姿态就是等角螺线,这样的姿态最有的效能。

    植物知道等角螺线的奥秘,不仅花,还有叶、枝条、果实、种子等等形态特征,都可发现斐波纳契数。叶序是指叶子在茎上的排列方式,最常见的是互生叶序,即在每个节上只生1叶,交互而生。任意取一个叶子做为起点,向上用线连接各个叶子的着生点,可以发现这是一条螺旋线,盘旋而上,直到上方另一片叶子的着生点恰好与起点叶的着生点重合,做为终点。

    从起点叶到终点叶之间的螺旋线绕茎周数,称为叶序周。不同种植物的叶序周可能不同,之间的叶数也可能不同。例如榆,叶序周为1(即绕茎1周),有2叶;桑,叶序周为1,有3叶;桃,叶序周为2,有5叶;梨,叶序周为3,有8叶;杏,叶序周为5,有13叶;松,叶序周为8,有21叶……用公式表示(绕茎的周数为分子,叶数为分母),分别为1/2,1/3,2/5,3/8,5/13,8/21,……这些是最常见的叶序公式,据估计大约有90%植物属于这类叶序,而它们全都是由斐波纳契数组成的。

    你如果观察向日葵的花盘,会发现其种子排列组成了两组相嵌在一起的螺旋线,一是顺时针方向,一组是逆时针方向。再数数这些螺旋线的数目,虽然不同品种的向日葵会有所不同,但是这两组螺旋线的数目一般是34和55、55和89或89和144,其中前一个数字是顺时针线数,后一个数字是逆时针线数,而每组数字都是斐波纳契数列中相邻的两个数。再看看菠萝、松果上的鳞片排列,虽然不像向日葵花盘那么复杂,也存在类似的两组螺旋线,其数目通常是8和13。有时候这种螺旋线不是那么明显,需要仔细观察才会注意到,例如花菜。如果你拿一颗花菜认真研究一下,会发现花菜上的小花排列也形成了两组螺旋线,再数数螺旋线的数目,是不是也是相邻的两个斐波纳契数,例如顺时针5条,逆时针8条?掰下一朵小花下来再仔细观察,它实际上是由更小的小花组成的,而且也排列成了两条螺旋线,其数目也是相邻的两个斐波纳契数。

    大家看这些等角螺线构成的长方形,长边与短边之比为1。6180339887……这就是黄金比率,一个无理数,小数无限不循环,没法用分数来表示,而且是最无理的无理数。同样是无理数,圆周率π用22/7,自然常数e用19/7,根号2用7/5就可以很精确地近似表示出来,而黄金比率则不可能用分母为个位数的分数做精确的有理近似。

    植物的枝条、叶子和花瓣有相同的起源,都是从茎尖的分生组织依次出芽、分化而来的。新芽生长的方向与前面一个芽的方向不同,旋转了一个固定的角度。如果要充分地利用生长空间,新芽的生长方向应该与旧芽离得尽可能的远。那么这个最佳角度是多少呢?不管它是多少,只要它能被分数精确的近似,那新芽很快就会在某个位置重复出现,挡住了它楼下哥哥、姐姐们的阳光。只有‘最无理’,也就是最不可分的黄金比率角度才是最合理的角度。新芽的最佳旋转角度大约是360°x0。618≈222。5°或137。5°。

    最常见的叶序为1/2,1/3,2/5,3/8,5/13和8/21,表示的是相邻两叶所成的角度(称为开度),如果我们要把它们换算成n(表示每片叶子最多绕多少周),只需用1减去开度,为1/2,2/3,3/5,5/8,8/13,13/21。它们是相邻两个斐波纳契数的比值,是不同程度地逼近1/黄金比率。在这种情形下,植物的芽可以有最多的生长方向,占有尽可能多的空间。对叶子来说,意味着尽可能多地获取阳光进行光合作用,或承接尽可能多的雨水灌溉根部;对花来说,意味着尽可能地展示自己吸引昆虫来传粉;而对种子来说,则意味着尽可能密集地排列起来。这一切,对植物的生长、繁殖都是大有好处的。

    所以,最后总结,为什么人们会觉得黄金比率是美的?因为它代表繁衍时每一代宝宝与父母最紧密接触,大家再看看这些斐波纳契数列长度的正方形一个个紧挨的玄奥图案。它代表着宇宙天体形成的规律,它代表着致密、坚硬的防御性武器,也就是鹦鹉螺最强的盾,它还代表着强大空中猎手最高效的飞行轨迹,它代表阳光、雨露、花蜜、希望的种子。

    总而言之,亿万年前与我们共享一个祖先的动物、植物们,也就是我们的远亲们、自然界同胞们都喜欢黄金数,我们自身的身体也不可避免地有相当多的黄金比例的部件,这是天地万物的至理,我们能不觉得它美吗?”

    听懂了“万物至理”的艺术家们皆陶醉不已,德农庭院里掌声雷动,科学派的美学观点果然非同凡响,从前就没有艺术家从这样的角度来分析美。

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