植物的幾何之美

2020-12-16 騰訊網

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來源:世界花卉網

幾何,一個精妙的概念,蘊含著數學之美,揭示著世界的本質。一切與幾何有關的事物總是充滿了神秘的生命力,從簡單的線條中衍生出變幻無窮的圖案。

在自然界中,植物也正在以有序的「數學語言」來詮釋它們的神秘魅力。不僅是因為顏色好看,它們在花紋排列上也極具數學美感——天然生成的三角形、圓形、卵形及其它各類幾何圖形。這種來自大自然紛繁而複雜的圖案,奇異而令人震驚。

斐波那契數列

有些植物的花瓣、萼片、果實的數目以及其他方面的特徵,都非常吻合於一個奇特的數列——斐波那契數列:1、2、3、5、8、13、21、34、55、89……其中,從3開始,每一個數字都是前二項之和。

自然界中這個數列經常會出現,比如松果、鳳梨、樹葉的排列及梅花、長春花、蘋果花、百合、鳶尾和鴨蹠草等花朵的花瓣數,典型的有向日葵花瓣。

▲松塔的螺線:右旋8,左旋13。

▲3個花瓣:鳶尾(左)與百合(右)

▲5個花瓣:長春花(左)與雞蛋花(右)

仔細觀察向日葵花盤,兩組螺旋線,一組順時針方向盤繞,另一組則逆時針方向盤繞,並且彼此相嵌。且花瓣往往不會超出34和55、55和89或者89和144這三組數字,每組數字都是斐波那契數列中相鄰的兩個數。

▲向日葵花序的螺線:右旋34,左旋55。

生命螺旋線

科學家在對三葉草、垂柳、睡蓮、常青藤等植物進行了認真觀察和研究之後,發現植物之所以擁有優美的造型,在於它們和特定的「曲線方程」有著密切的關係。

其中,用來描繪花葉外孢輪廓的曲線被稱作「玫瑰形線」,植物的螺旋狀纏繞莖則被取名為「生命螺旋線」。

▲五味子的藤蔓按順時針方向左旋纏繞生長。

▲牽牛花的藤按逆時針方向右旋盤旋而上。

茉莉花瓣曲線

笛卡兒是法國17世紀著名的數學家,以創立坐標法而享有盛譽。他在研究了一簇花瓣和葉子的曲線特徵之後,列出了x^3+y^3-3axy=0的曲線方程,準確形象地揭示了植物葉子和花朵的形態所包含的數學規律。

這個曲線方程取名為「笛卡兒葉線」或「葉形線」,又稱作「茉莉花瓣曲線」。如果將參數a的值加以變換,便可描繪出不同葉子或者花瓣的外形圖。

植物中的137.5°

科學家通過觀察驚奇地發現,植物的莖葉和果實幾乎都是按照137.5°的模式排列的。這樣植物的莖葉和果實就可以佔有最大的空間,以獲取最多的陽光,承接最多的雨水,也最有利於植物的生長。

如常見的車前草,它們的相鄰兩片葉之間的弧度大小非常接近,都為137.5°。

1979年,也有英國科學家沃格爾用計算機模擬向日葵果實的排列方法,結果發現只有當發散角等於137.5°時,花盤上的果實才呈現彼此緊密鑲合、沒有縫隙的兩組反向螺旋線。

經科學家實驗證明,植物之所以會按照「黃金角」——137.5°排列它們的葉子或果實,是地球磁力場對植物長期影響而造成的。

▲聖家族大教堂 / 安東尼奧·高迪

植物的這一靈性也被應用到建築上,建築設計師們參照車前草葉片137.5°排列的模式,設計出新穎的「黃金角「大樓,以求每個房間有最佳採光、最佳通風、最佳明亮的良好效果。

現在我們一起來感受一下這種令人驚豔的幾何之美吧!

植物中的幾何之美

The beauty of geometry in plants

曲線葉植物:

菊花

圓形葉植物:

銅錢草

菱形葉植物:

丁香蓼

寶塔形植物:

紫牡丹

冰燈玉露

方塔

放射狀植物:

毛氈苔

螺旋蘆薈

寶塔花菜

大麗菊

球蘭

亞馬遜睡蓮

更多植物幾何之美 . . .

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