一棵树所隐藏的科学秘密

树在我们日常生活中是极为常见的。桃树、梨树、苹果树,结满了美味可口的果实,柳树、杨树、合欢树,装点着我们的生活环境。树还可以进行光合作用,是我们人类赖以生存的氧气提供者。

然而,我们司空见惯的树木中还隐藏着自然界的一项秘密,展现着科学之美。

那么,看看这张图,可以从中发现什么?

请把眼光集中在树的形状上,你注意和思考过它为什么长得是那个样子吗?

它的根部植于土壤之中,从茁壮的树干上分出了几条小树干;再往上看,每条小树干上又分出了更小的树干,反复向空中延伸;树的末梢,是从小树干上分出的几条细细的树枝;最后,从树枝上最终长出了许许多多的树叶。

从下到上看,就可以发现,这个过程只不过是一种机理的循环往复,每个下层的基础上分生出几个叉,反复发展、不断进化而已。因此,我们可以用一个方程,使它被自我调用数次,从而来描述一棵树的形状。

实际上,你再观看树叶,树叶也还是一样的过程。从主叶脉分出了多条分叶脉,再细分为更小的叶脉以到达整个叶片。我们可以由此想象出,一棵树的生长过程,遵循了一个相同的生物或是化学原理。从一个数学模型来看,它就是同一个方程的反复调用而已。从不同的尺度来看它,给它拍一张照片,你都可以看到一棵更小的树。

这是一种非常优美的理论:分形理论。分形理论可以揭示自然界复杂外观的原理。

分形理论在自然界中的存在是很广泛的。人们发现,从不同尺度观察到的世界,竟然是几乎相同的,大尺度和小尺度的事物遵循着相同的自然规律。比如,人们发现,宇宙在不同的尺度上,也有着惊人的重复性结构,一个原子放大很多倍,它的性质就和一颗白矮星差不多。微观粒子所具有的质量、自旋等性质,和一个黑洞很像。宇宙的全景图像就像大脑的神经细胞网络。而庞大的星系、恒星系统和行星系统也都具有相似的结构。

这一切不禁让我们想象,我们的宇宙是否也只是一个粒子般的存在,在它上面还有一个巨大的生命体?我们所研究的微观粒子之中,又是否还有另一个巨大的世界?宇宙似乎陷入了一种无限复归之中。这有些像佛家所说的亿万世界了,一沙一世界,一叶一菩提,思之令人神往。这让人们也联想到易经的那段话:太极生两仪,两仪生四象,四象生八卦,这同样也是一种规则的反复调用。古人是否在以简单的语言来阐释自然规律,而我们却一直没有看明白?或许是吧。

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