斐波那契数列对应着多种事物发展,它否能成为打开宇宙奥秘的钥匙
一名十多岁初中生发明了一块很古怪的太阳能蓄电池,是按照斐波那契数形状排列的电池板。
奇怪的现象发生了,这个小装置在阳光不足或者是间接照射的情况下能效居然提高了50%,为此该少年因这个发明得到了美国自然历史博物馆颁发的青年博物学家奖。
通过这件事人们又开始重新关注起斐波那契数列。
200年来一直有人说这个数列是一组宇宙的秘密。实属不可泄露的天机,它告诉我们世间万物皆由上天安排。斐波那契数列从何而来,他到底揭示了什么秘密。这一切的发生似乎需要从头说起,时间要回溯到一三九五年左右,一位叫莱昂纳多斐波那契的意大利小伙子跟着父亲在北非经商。那时阿尔及利亚被奥斯曼帝国统治,流行的是阿拉伯文化。
斐波那奇突然发现,阿拉伯人的数学太厉害了,尤其是阿拉伯数字比起罗马数字在计算方面要高效得多。斐波那契就请阿拉伯数学家教他数学,深入了解之后,他才知道原来阿拉伯数字也不是阿拉伯人发明的,而是从古印度旁遮普地区流传过来的。
几年之后斐波那契学成回国,他把自己整理的数学知识编写成了一本书,书名叫计算书,这就是其中最精彩的一页,因为在这一页上介绍了一个数列,就是神秘的斐波那契数列,在书页的右边框上写得清清楚楚,就是竖列对应的值。
斐波那契数列是怎样产生的呢?
这个数列源于一道假想题目,兔子的繁殖过程,下面我们就来简单地介绍一下,假设每个月每对成熟的兔子都会繁殖出一对幼兔,假设所有的兔子永远都不会死,那么N个月之后一共会有多少只兔子呢?
一画图就可以很直观地看出来了。第一个月有一对儿小兔标号为A,所有的兔子总数是按一对算,到第二个月,这对小兔A成熟,但兔子仍然只有一对,第三个月A生下了一对儿幼兔,加上新生的幼兔现在兔子的总数是两对。
第四个月幼兔又生了一对儿新的幼兔C,现在兔子的总数是三对,第五个月,除了兔A再次生出了幼兔D。幼兔B此时也成熟了,小兔B生出了幼兔E,这样兔子的总数就变成了五对。以此类推到第七个月就是13对兔子,把这些数列排列起来,我们就得到了一一二三五八十三二十一三十四以至无穷,这个数列就称为斐波那契数列。
时间来到了1877年,数学家爱德华卢卡斯第一个给出了求斐波那契数列第N项的表达式,表示为FN等于FN减一加上N减二,其中N大于等于二,这是一个非常简洁优美的数学公式。
从此以后,对斐波那切数列的研究开始一发不可收拾。
首先,人们发现斐波那切数列用后一个数除以前一个数是有规律。比如5除以三约等于1.6668除以5等于1.66,13除以5等于1.6252,21除以13约等于1.61538,当数列趋于无穷大时,数字就会无限地逼近1.618.618,也就是黄金分割比,用希腊字母来表示,黄金分割比例最简单的解释就是把一条直线分成了两段,其中A段除以B段的商为1.618。
有人说黄金分割比不是0.618吗?怎么变成了1.618了呢?其实这两个值确实是同一回事,还是同一条线,A段除以B段就是1.618,如果A段除以全长就是0.1这就看拿什么来除了,其实这是一个问题两种表述罢了,单看这条线还真的看不出来它有什么奥妙所在。
但是如果我们使用斐波那契数列,就可以绘制出一个动态的黄金分割比轨迹图,这样轨迹的划分就会变得非常容易化了。先根据斐波那契数列的头两个实数1,画出边长为1的两个正方形,然后画第3个数2,边长也为2,以此类推,画出38、13、21再用圆规将每一个正方形的对角连接起来,一个斐波那契数列螺旋线就这样出现了(黄金螺旋线)。
斐波那契数列似乎有着某种魔力,自问世的那天开始,人们就惊讶地发现自然界中存在着很多这种曲线。最著名的例子是被称为鹦鹉螺的贝壳,它本身就是以螺旋曲线的方式生长的,而在植物中最神奇的要属于向日葵的种子,种子从中心向外发射出两条曲线,通常他们的比值就是斐波那契数列值时就是3和21,植物学家还发现,像树干的分支也是依照着斐波那契数列排列,每一次分支都是依照123583的数字生长。
就如这个十岁左右少年发明的太阳能电池装置,正是按照斐波那契数列形状制造出的。植物学家认为植物倾向于这种排列方式,因为这种排列可以让每个树枝和树叶都能够最大化地接受阳光的照射,这就解释了为什么这名少年的蓄电池在阳光不足的时候还能显现出很高能效。
生物学家也从生命遗传密码中找到了黄金分割比。他们发现两条螺旋凹槽的比例正好是黄金分割数为2.1纳米、1.3纳米。如果把这种曲线延伸到建筑业,我们会看到更多类型的形态,比如埃及金字塔、帕特农神庙和泰姬陵。在美术作品中就更多了,像著名的无名女子肖象、蒙娜丽莎、戴珍珠耳环的女孩儿等。
有的人会问难道创作这些作品的人都了解斐波那契数列吗?其实并不是这样的,这只是人类潜意识中最美的十档构图,在符合黄金分割比例时我们就认为这是完美。人们还惊讶地发现巨大的自然之力,飓风也会形成螺旋曲线。
更有趣的是在宇宙的深处,所有螺旋星系都会呈现斐波那契螺旋线的形状。那么我们还可以用斐波那契数列进行更多的研究,比如说用来研究社会主要矛盾的变化,因为各个时期社会的主要矛盾都不一样,对于一部分人群来说,今天并不是主要矛盾。
但是明天就可能会上升为主要矛盾,所以这里面就存在着某种滞后,有关生长与滞后的课题,斐波那契数列就可以登场了。
社会学者在研究社会阶层的变化过程中发现,有些人群会因为新兴产业的出现而致富,也有一些人群被时代淘汰而变得贫穷,此刻斐波那契数列对研究这些变化就可能起到重要的作用。
所以说斐波那契数列仍然是一组神秘的宇宙密码,它是生命周期问题对应的数学规律,这个才是斐波那契数列的真正含义。意大利天文学家伽利略曾说过,数字是上帝用来书写宇宙的文字,他说得很有道理,万事万物的秘密其实都隐藏在数学之中。