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这些螺旋也是自然界中最普通的螺旋。例如,6500万年以前和恐龙一起灭绝的海洋生物菊石就是属于阿基米德螺旋。而螺旋线可以在你的花园里找到,比如一些爬藤植物。
但是,这些生物是怎样喜欢上数学的呢?对于爬藤植物来说,亿万年的进化使它们呈螺旋形生长:它们在抓住其他结构的同时尽可能使自己多接触阳光。对于菊石来说,它们的外层生长得十分缓慢,这使它们在盘曲的同时稳步增大中心与边缘的距离。
植物身上的螺旋
另一种螺旋称做对数螺线。菊石的现代亲戚、生长迅速的鹦鹉螺,其外形就是一种巨大的对数螺线。
许多植物属于另一些更为复杂的螺旋结构。它们(从松果到菠萝)的茎、皮和子实都显示了奇特的螺旋规则,这些规则在数学上极为精确。例如,向日葵的种子都按螺旋形排列,一些呈顺时针,一些呈逆时针。
植物学家发现,在自然界中,这两种螺旋结构只会以某些“神奇”的组合同时出现。比如,21个顺时针、34个逆时针,或34个顺时针、55个逆时针。有趣的是,这些数字属于一个特定的数字列:斐波纳契数列,即1,2,3,5,8,13,21,34等,每个数都是前面两数之和。
植物怎么能“知道”这个深奥的序列呢?科学家为此苦苦思索了几个世纪。迄今为止最好的解释是1992年由两位法国数学家伊夫·库代和斯特凡尼·杜阿迪提出来的。他们证明,斐波纳契数列使花朵顶端的种子数最多。
地球上最壮观的螺旋也是最不受人欢迎的螺旋:飓风。飓风典型的螺旋形状可以蔓延数百英里,再加上140英里的时速:其毁灭力相当于10万颗原子弹。
这可怕的力量一部分来自太阳的热,后者加剧了热带地区的蒸发作用,使大量热能进入大气层。但是,飓风的螺旋形状却来自科里奥利效应:地球的自转力往往使所有物体朝同一个方向运动。在热带,距赤道越远,科里奥利效应越强;这种效应把新形成的飓风变为乌云、狂风和暴雨组成的浓密螺旋。
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