《第二重奧秘》——生命王國(guó)中的新數(shù)學(xué)

生命是什么?我們可能曾經(jīng)無(wú)數(shù)次的追問(wèn)過(guò)。今天的人們過(guò)分強(qiáng)調(diào)DNA,一切聽(tīng)命于DNA密碼,別的都無(wú)關(guān)緊要,但DNA可以解釋蛋白質(zhì)合成過(guò)程,卻無(wú)法令人信服地說(shuō)明蛋白質(zhì)是怎樣裝配起來(lái)形成生命的,也無(wú)法向我們解釋 無(wú)限多樣的生命現(xiàn)象。DNA是等待人類(lèi)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(gè)神奇迷人的生命王國(guó)以及這個(gè)王國(guó)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(gè)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(guò)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(wú)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?yàn)槲覀儗?duì)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(mén)生機(jī)勃勃、不斷成長(zhǎng)的學(xué)科。

生命出現(xiàn)以前,有機(jī)世界和無(wú)機(jī)世界中的許多數(shù)學(xué)模式著實(shí)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(lái)解釋的。

植物王國(guó)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(méi)有比植物王國(guó)更好的地方了。花瓣對(duì)稱(chēng)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(guó)對(duì)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(pán)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(huà)卷,是不是異想天開(kāi)?然而,數(shù)學(xué)的確有這種能力。書(shū)中會(huì)詳細(xì)地告訴我們這些花紋是怎樣借助同一類(lèi)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(dòng)物進(jìn)行的步伐,生物的運(yùn)動(dòng)模式可謂豐富多彩、各不相同,這也正是運(yùn)動(dòng)數(shù)學(xué)要告訴我們的。

鳥(niǎo)兒的群體活動(dòng);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(duì)于這些現(xiàn)象,作者說(shuō)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(duì)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(wèn)題。

 

人類(lèi)的愚蠢和無(wú)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?cè)诖蠛V腥鼍W(wǎng)捕魚(yú);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(shuō),人類(lèi)不應(yīng)該對(duì)自然界進(jìn)行干預(yù)。事實(shí)上,人類(lèi)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(huì)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(cè),受到人類(lèi)干預(yù)的生態(tài)系統(tǒng)將會(huì)發(fā)生什么變化。作者認(rèn)為要做到這一點(diǎn),勢(shì)必要開(kāi)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(yǔ)言給我們講述了一個(gè)神奇美妙的生命世界。就這本書(shū)本身的特點(diǎn)來(lái)說(shuō),它非常的漂亮,有多幅美麗的彩圖,在書(shū)中論述的過(guò)程中,還有很多相關(guān)的插圖,這些圖畫(huà)使我們更容易理解生命的另一重奧秘,這是一幅迷人的畫(huà)卷,作為一個(gè)普通的讀者,一定會(huì)在這副畫(huà)卷里沉醉。

(盧衛(wèi)紅) 中國(guó)圖書(shū)商報(bào),2002.12.6