《第二重奧秘》——生命王國中的新數(shù)學(xué)

生命是什么?我們可能曾經(jīng)無數(shù)次的追問過。今天的人們過分強(qiáng)調(diào)DNA,一切聽命于DNA密碼,別的都無關(guān)緊要,但DNA可以解釋蛋白質(zhì)合成過程,卻無法令人信服地說明蛋白質(zhì)是怎樣裝配起來形成生命的,也無法向我們解釋 無限多樣的生命現(xiàn)象。DNA是等待人類揭示的第一重生命奧秘,而這本《第二重奧秘》將帶著我們?nèi)ヌ剿魃? 第二重奧秘——被DNA利用,且關(guān)系到生命發(fā)育和形態(tài)的普遍數(shù)學(xué)原理,它將向我們展示一個神奇迷人的生命王國以及這個王國中的新數(shù)學(xué)。

 

生命是建立在物質(zhì)世界的數(shù)學(xué)模式基礎(chǔ)上的。生命世界在形態(tài)、結(jié)構(gòu)、圖案、行為、相互作用以及進(jìn)化等各個方面都運(yùn)用了數(shù)學(xué)規(guī)律。全球生態(tài)系統(tǒng)的進(jìn)化過程,疾走的駿馬,吞食海藻的海膽,美麗的雀尾,華麗的蝶翅,貝殼的花紋,向日葵種子的排列,蟻穴的結(jié)構(gòu) ,……數(shù)學(xué)無處不在。生命與數(shù)學(xué)似乎完全是兩件風(fēng)馬牛不相及的事物,然而,這是因為我們對數(shù)學(xué)存在著誤解,數(shù)學(xué)決不是我們所認(rèn)為的那樣,是塵封在宏卷巨著中的死板的學(xué)科,而是一門生機(jī)勃勃、不斷成長的學(xué)科。

生命出現(xiàn)以前,有機(jī)世界和無機(jī)世界中的許多數(shù)學(xué)模式著實令人驚嘆不已。雪花漂亮的六角形、波浪、晶體、氣泡、水滴、礦石、……等等,不勝枚舉,它們都是可以用數(shù)學(xué)定律來解釋的。

植物王國的數(shù)學(xué)特征更優(yōu)美也更神秘。要了解生命的第二重奧秘,再也沒有比植物王國更好的地方了。花瓣對稱地排列在花朵邊緣,葉子沿著植物莖干相互疊起,有些植物的種子是圓的,也有一些是刺狀的,傘狀花絮粘帶著其他植物種子在微風(fēng)中隨處飄蕩,所有這一切向我們展示了許多美麗的數(shù)學(xué)模式。植物王國對某些具體的數(shù)字和螺旋形幾何圖形具有一種特殊的偏好:向日葵籽盤上相互交叉的奇特螺線,菠蘿菱形鱗片 ,……。還有花瓣的數(shù)目,則涉及一個有趣的數(shù)列——斐波那契數(shù)列。這其中的數(shù)學(xué)的確非常奇妙。

動物世界中的數(shù)學(xué)又是怎么樣的呢?

蝴蝶翅膀的多姿多彩,不僅僅是在顏色方面,而且表現(xiàn)于各種各樣的幾何圖形;虎皮惹人注目的美麗條紋;獵豹周身點(diǎn)綴著顯目斑紋,這些動物的外表精美絕倫,五彩繽紛。

要用數(shù)學(xué)公式生成如此美麗多彩的自然畫卷,是不是異想天開?然而,數(shù)學(xué)的確有這種能力。書中會詳細(xì)地告訴我們這些花紋是怎樣借助同一類型的方程求解得出的,并在彩圖中向我們展示了用這種方程所進(jìn)行的逼真模擬。

貓、大象、駱駝、松鼠、……它們是怎樣走的,這就是動物進(jìn)行的步伐,生物的運(yùn)動模式可謂豐富多彩、各不相同,這也正是運(yùn)動數(shù)學(xué)要告訴我們的。

鳥兒的群體活動;蜘蛛讓人吃驚的結(jié)網(wǎng)的本領(lǐng);螞蟻能夠建造龐大而結(jié)構(gòu)嚴(yán)密的蟻穴。對于這些現(xiàn)象,作者說我們應(yīng)當(dāng)更加關(guān)注決定這些行為的內(nèi)在規(guī)則,而這種規(guī)則所利用的正是由數(shù)學(xué)提供的模式。

作者在對生命的數(shù)學(xué)特征進(jìn)行了分析以后,提出了今天極被關(guān)注的生態(tài)環(huán)境問題。

 

人類的愚蠢和無知給我們的星球造成了巨大的危害,我們砍伐森林去生產(chǎn)紙張;我們在大海中撒網(wǎng)捕魚;我們填海造田,以增加耕地面積;我們筑壩圍堤,以保證水源供應(yīng),……這一切都極大的破壞了自然生態(tài)系統(tǒng)。作者的意思并不是說,人類不應(yīng)該對自然界進(jìn)行干預(yù)。事實上,人類已經(jīng)干預(yù)了,而且還將繼續(xù)下去。如果用一種十分幼稚的方式去干預(yù)大自然,或者幼稚到?jīng)Q定不去干預(yù)了,那么我們就會得到大自然的回敬。我們要了解生態(tài)系統(tǒng),而不是盲目地崇拜,不光要了解這種生態(tài)系統(tǒng)正在發(fā)生的變化,而且還要預(yù)測,受到人類干預(yù)的生態(tài)系統(tǒng)將會發(fā)生什么變化。作者認(rèn)為要做到這一點(diǎn),勢必要開發(fā)一整套非正統(tǒng)的全新數(shù)學(xué)工具。

這就是生命的《第二重奧秘》,作者伊恩·思圖爾特用通俗易懂的語言給我們講述了一個神奇美妙的生命世界。就這本書本身的特點(diǎn)來說,它非常的漂亮,有多幅美麗的彩圖,在書中論述的過程中,還有很多相關(guān)的插圖,這些圖畫使我們更容易理解生命的另一重奧秘,這是一幅迷人的畫卷,作為一個普通的讀者,一定會在這副畫卷里沉醉。

(盧衛(wèi)紅) 中國圖書商報,2002.12.6