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第五章 蛛网的几何学

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我考虑再三,还是决定写下这一章。但是,这对于我的写作是一个极大的挑战,因为这需要读者们掌握一点几何学知识。怎么样才能让对昆虫感兴趣的人们读得津津有味呢?我不能只描述蜘蛛织网的精美过程,那样只能满足昆虫学家的爱好,他们对数学定理毫不关心;也不能只用学术公式夸夸其谈,那样的长篇大论只能让几何学家欣喜,可是却漏掉了生命本能中最光彩夺目的一笔。

因此,我选择两者并存的写作方法。让我们一起来欣赏圆网蛛精巧高超的织网技术吧。首先,可以看到等距离的辐射丝,以及从一根丝到另一根丝所产生的角。这样的角在网中数量很多,超过了40个,但所有角的角度明显相等。

它随意的走动看起来仿佛毫无秩序可言,但是结果却像用精密的作图工具画出来的一样。每一只蜘蛛都会把织网的营地划分成许多开度相同的扇形面,扇形面的数目几乎全部一样!仔细观察可以发现,每个扇形面内构成螺旋圈的横线彼此是平行的,间距随着与中心距离的缩进而减小。这些横线和连接横线的辐射丝所构成的恒定角度的角,一边为钝角,一边为锐角。

几何学家把从中心辐射出来的一切直线,或扇形面辐射线,以常数的辐射角值斜切,所得的曲线称为“对数螺线”,辐射中心称为“极点”。让我们假想有无数条辐射丝,那么圆网蛛所走的路程,就是这样一条对数螺线。然而,现实状况中,它的路程是一条内切于对数螺线的多边形线。

对数螺线绕着它的极点画出无限个圈,它一圈一圈地走,努力一点一点接近圆心,可是却怎么都不能到达。圆网蛛一直尽量遵循无限绕圈的规律,螺旋圈越靠近极点彼此越加紧密。到了一定的距离,螺旋圈突然停止了。这条线连着中心区的辅助螺旋丝。辅助螺旋丝向着极点绕得越来越密,几乎已经接上了。对数螺线的这种特性已经完全超出了我们的视力能够观察的范围,这也是科学家一直进行思考钻研的原因。即使在最精密的仪器下面,我们的眼睛也会跟踪不了那些密密麻麻的圆圈。但是,圆网蛛拥有这样的本领,几乎能够精确地接近极限。

我们设想一根可以弯曲的线绕在对数螺线上,如果把它拉开,一直拉紧,那么它自由的一端就会卷成跟原先完全一样的螺旋状,只是曲线改变了方向。对数螺线还有另一个特点,能让曲线在一条不确定的直线上绕圈,它的极点不断移动位置,但却一直在同一直线上。无休止绕圈的结果是一条直线,持续变化产生出来的却是一成不变。


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