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数字生活—自然的模式(上)
日期: 2000年12月22日 00:00       来源:科技部
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     麦克尔拉贝贝拉喜欢老科幻电影,因为他是个生物学家,总是对体形的大小着迷,巨人和怪兽是他最喜欢的话题,他通过计算认为如果你把一只大猩猩变成金刚那么大,它的骨头将增大几百倍,但是他的体重将增加1万4千多倍,即使它站着不动它的体重也会把它的骨头压成粉末,巨型蚂蚱也有存在相似的问题,因为它们的体型太大了,这部影片巨形蚂蚁也是一样,很明显体型是生物系统中一个非常基本的变量,对伽略率来说巨人只是人们的想象,他认为自然不由奇迹统治,而是由数据逻辑统治的。

 

 

以方糖为例,你增大它的尺寸但是保持形状不变,结果体积增大的速度比面积更快,以一块比普通方糖大3倍的方糖为例,它的面积增加了9倍,但是体积或重量增加了27倍,这简单的关系式能告诉我们很多关于动物和植物的数学模式。

 

 

每个物种都有独特的体型,而数学告诉我们为什么蚂蚁和大猩猩不能变成巨型怪兽,因为要变成庞然大物,生物体必须能够承受巨大的体重,而恐龙生来就要长成大块头,因为有些恐龙有比树杆还粗状的骨头,用来支撑它们的体重。

 

 

如果你仔细观察动物们的正常形为,就会发现有趣的规律,哺乳动物在运动时,施加在骨头上更大硬力,总是保持在骨头能承受的最大硬力的四分之一到三分之一,这广泛适用于各种哺乳动物,小到花栗鼠大到大象,而且为了避免骨折,所有的哺乳动物都做了无比简单的事情,改变自己的运动方式。举例来说,马的奔跑会从低速的慢步开始,随着它越跑越快,当硬力增加到骨头断裂硬力的25%到30%的时候,马就改变了抬腿和落腿的方式,变成了小跑,硬力就降低了,同样从小跑到慢跑,从慢跑到飞奔,它一次次的变转自己的运动方式,其它哺乳动物的运动也是一样。

 

 

关于运动和姿势的简单概念,也能帮助我们了解恐龙的运动,霸王龙也长得巨大无比,它们的运动方式肯定不是象鸟那样,而是更像哺乳运动,腿放在身体下面,在运动过程中保持一定的姿势。

 

 

数学改变着我们对动物的了解,它们的姿势、狩猎和生活方式,你对数学了解的越多,你看的就越深,你就能提取出内在的结构和美。

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