《无处不在的螺旋线》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无处不在的螺旋线（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、无处不在的螺旋在大自然中，螺旋几乎无处不在，从细胞内部到银河系之外的宇宙：这些美丽的形状具有一 种神秘的规律性，与周围杂乱无章的世界形成了鲜明的对照。虽然人类已经研究了成千上万年，自然界的螺旋结构仍然蕴藏着许多秘密。摆在我们眼前的例子就是：我们手指和脚趾上那些熟悉的螺旋形纹路是怎样形成的？ 与单一形式的DNA “指纹”不同，真正的指纹千差万别，就算是同卵双胞胎也彼此不同。 然而，是什么决定了指纹的形状?这一形状能够预测吗?一种看法认为，这些螺旋形是创造我 们皮肤的生物化合物在集中时产生的凹凸。科学家自50年代就已经知道，某些化合物在结 合时会形成复杂的形式，而不是光滑、统一的结构。也许，指纹就
2、是一个例子。几百年以来，数学家们已经识别出多种不同的螺旋，其中有些名字非常古怪。然而，最令人 不解的是：螺旋形在自然界中反复出现。自然界为什么能够存在如此精确有序的结构?比如， 为什么向日葵的种子按照严格的数学规律排成螺旋形？菊石（一种古生物化石一一本报注）是 怎样“知晓”阿基米德螺旋并这样把自己卷起来的?飓风为什么能成为一个直径达数百英里 的巨大螺旋？ 最令人不解的是:螺旋形在自然界中反复出现。自然界为什么能够存在如此精确有序的结构?【宇宙的螺旋】在较为温和的天气现象中可以看到促使螺旋形成的力，这种力使赤道以北的低压系统逆时针 自转，南半球的情况则正好相反。人们通常都认为，就连抽水马桶的漩涡
3、也是相似原因形成 的。对于航空公司来说，事先考虑到科里奥利效应当然很有必要：一架试图按直线从欧洲飞往美 洲的大型喷气式客机最终很可能会令人难堪地降落在目的地以北2000英里的地区。避免飞 机在北极圈着陆的唯一办法就是按照能够补偿地球自转效应的螺旋形路线前进。一级方程式赛车手们也懂得利用螺旋形的好处。对行车路线的研究表明，像杰基斯图尔特 这样的世界级选手都按照弧形路线前进，因为弧线使他们能够在尽量少减速的情况下通过转 弯处。这样，他们就能够加大进入和驶出的速度。然而，从解开螺旋之谜中受益最大的还是科学家。16世纪的天文学家尼古拉斯.哥白尼向 世人表明，最能解释火星、木星和土星有时出现“翻筋斗”式
4、螺旋这种现象称作逆行运动） 的是地球围绕太阳运动，而不是相反。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。维多利亚时代的天文学家发现，水星的整个轨道都围绕太阳运动，每300万年就形成一个巨 大的螺旋:爱因斯坦利用这一发现向世人表明，牛
5、顿的万有引力定律包含着一些小小的错误, 只有他的相对论才能修正这些错误。从宇宙的范围看，天文学家们希望弄清为什么80%的星系都是螺旋形。显然，无所不在的 引力起到了关键的作用，但到底它是怎样把灿烂的星系雕刻成美妙螺旋的呢?这仍旧是个谜。【植物的螺旋】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
6、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。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。【动物身上的螺旋
7、】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。另一种螺旋称作对数螺线。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。【生命的螺旋】 将近半个世纪以前，探索生命之谜的科学家发现了所有螺旋中最著名的一个：DNA的双螺 旋结构，也就是人体每个细胞内部的复杂的遗传分子;这些分子中的代码包含了建造、控制、 维持生命机体所需的一切信息。X光技术显示，DNA分子是一种呈螺旋状的阶梯结构，阶梯的“栏杆”由碳水化合物和磷 酸盐构成，“台阶”则由腺嘌吟、胸腺嘧啶、鸟嘌吟和胞嘧啶（简称A、T、C、G）四种基 本的化学物质结对而成。每
8、个台阶都由同样的化合物组合而成：A永远与T相配，C则永远 与G相配。科学家已经发现，这种搭配方式能够使DNA修正关键遗传信息中的缺陷：如果附着在DNA 一条单链上的四种化合物之一有缺损，检查另一条单链上与之配对的化合物就可以将缺损化 合物识别出来；于是，细胞复制出一个新的拷贝。从而减少了畸形的发生。【阿基米德螺旋】大约在2300年以前，古希腊时代最伟大的数学家阿基米德第一个发现了螺旋的能量和魔力。 他在古代最出色的数学著作之一中解释了这种结构的特性，他的名字因此与两种螺旋永远连 在了一起。阿基米德表明，他的第一种螺旋能够用来解决一些长期存在的数学难题，但另一种螺旋却有 更多的实用性。这种称作阿基米德螺旋泵的东西是一种围绕一支圆筒向上的结构。这种在技 术上称作螺旋线的形状构成了著名的阿基米德升水泵（一种内装螺旋“线”的圆筒形汲水 装置）的核心。这种水泵今天已得到广泛使用，而螺旋线则有了其他许多实际用途，包括钻 头、螺栓和螺丝钉等。这里只是将自然界的螺旋现象提出来并显示给大家，其中有些问题的有了初步的答案，还有 一些没有研究清楚。一些最伟大的科学家都对解开螺旋的存在之谜兴趣十足，这项工作为地 理学和遗传学等各个领域的突破开辟了道路。如果历史能够作为参照，那么，这些螺旋之谜背后的真相为人类带来的真知灼见将远远超出 我们的想象。
