這幾天珠三角除了被暴雨正面攻擊,還遭遇到一種上古神獸潮水般的“空襲”。
有市民一扇小窗忘了關,僅僅幾分鐘屋子就被這貨佔領了。
飛蛾撲火大家都知道是昆蟲趨光天性的結果,不過大家可能不瞭解的是,這貨的趨光性卻與自然常數大有關係,而我們的四大發明之一的指南針也和它們一樣,用不好,和它們會一樣的下場。
知乎上有幾篇介紹自然常數e的文章,為了不浪費大家的時間,本人整理摘抄如下:
黑夜裡,飛蛾不能看清四周的情況,在找不到合適參照物的情況下,如何不走冤枉路,多快好省的飛行呢?
太陽光、月光和星光,在地面上可以看成平行光,能作為參照來做直線飛行。
如下圖所示,注意蛾子只要按照固定夾角飛行,就可以飛成直線,直飛才最節省力氣。角度稍微一調整,就可以直飛另一個目標。
可是,自從坑爹的人類擁有火之後,蛾子就懵逼了。蛾子把人類的燈光誤認為也是平行光的自然光,然後按著本能一直切割光線而去。
別以為蛾子是真傻的,上面這種情形實際是自以為是的人類猜測的“蛾子的正趨光性”。
蛾子說:趨你妹的光啊,傻瓜才瞪著光飛,不知道會亮瞎眼啊?!!
在現實情況下,蛾子的飛行路線並不是如理論上推測的螺旋線,而是下圖所看到的不規則螺旋線。
蛾子在飛行時也發現問題了:
我飛飛飛
咦……不對啊!
調整角度,飛飛飛……
我去!還不對,我這是在往哪飛啊?
繼續調整角度……
我去……我去……我……我暈……
蛾子也想掙扎的飛出正確的路線,不斷的調整角度,奈何本能使然,最終還是向著燈光飛去。
中國人發明的指南針傳入之前,古代歐洲人也是利用天空中光線來導航的。
在北歐維京海盜時代,維京人就利用太陽石在北大西洋上導航。
太陽石就是方解石,是碳酸鈣的晶體。
由於其特殊的晶體結構會把自然光分解為兩條偏振光。天空光因為是部分偏振光,所以旋轉方解石就會出現時亮時暗的效果。
在美劇《Vikings》第 1 季的前兩集裡就有這樣的情節。
維京人在有陽光時,就直接利用正午的太陽確定方向。
陰天或大霧看不到太陽,就用太陽石找大概的方向。
人類用指南針導航會不會出現蛾子的困境?
在南北磁極時也會出現蛾子的問題
例如,我們手裡有指南針,不是往南走時才用得到,往任何方向都可以作為參照。
在大海上,你要去一個島,按照地圖上的標記,發現只要往東走就行了。
正常情況,我們根據指南針,按照與北方的右夾角90度角航行,走直線就可以最快到達。
如下圖:在遠離南北極的地區,可以認為磁力線是平行的。
但如果在南極雪原上,在距離南磁極很近的地方,指南針總指向附近的磁極點,如果往東走,就是繞著南磁極走圓圈。
如下圖:在南極附近磁力線不能看成平行線,而是以南磁極為中心的放射狀。
如果往東南走,就會像蛾子一樣做等角螺線,繞很多圈後到達南磁極。
如下圖:與磁力線保持45度夾角,就不再是圓周運動,而是螺線運動。
這時候人們必須放棄指南針,改為參照地形或其他參照物導航。
說到這裡,這與自然常數e又有什麼關係呢?
在《三體》中提到一種很牛X的打擊,叫做降維攻擊,任何高維東西一旦降維就完蛋了。
在數學上反應出來就是微分,通過微分,我們可以把高階方程變成低階方程來降低解方程的難度。
但是,有一個方程不管你怎麼微分還是它本身,就好像你切掉孫悟空的一部分,你以為是一小片肉,睜眼一看,居然是另一個孫悟空,而且一樣大!
這個方程就是
它在直角座標系中的圖形是這樣的
但是,如果這個方程(函數)換成極座標系
那麼它的圖形就變成了下面這樣
這條螺線就與蛾子以一定角度切光線飛行的路線是不是很像?
嗯,蛾子就和自然常數e扯上關係了。
不過!
等等,我們在網上還看到過很多
實際,這應該叫做斐波那契螺線。
斐波那契數列就是1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89……這樣的數列。
其特點是前兩個數加起來就是下一個數,例如
1+1=2
1+2=3
2+3=5
......
34+55=89
......
用這些數畫出來的半圓,可以拼接成下面的螺線形狀,這就是斐波那契螺線
正解是
很多科學家發現對數螺線e^θ自然界中廣泛存在。從大如星系、颱風,到小如花朵、海螺……宇宙
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