你知道嗎?你的頭髮、手指、手掌隱藏著意想不到的數學

還記得小時候我們學數數嗎?伸出手指頭“1、2、3、4……”,不夠數時還要出動腳趾頭一起數,所以,身體是我們學習數學的第一個工具。而我們不知道的是,打從孃胎出來,我們的身體就隱藏著不可思議的高等數學——奇點。這個奇點就隱藏在我們的頭髮上。

你知道嗎?你的頭髮、手指、手掌隱藏著意想不到的數學

只要看看嬰兒的頭髮,我們就會發現孩子頭上的漩渦,這個漩渦就是奇點。頭髮在這個點上似乎迷失了方向了,不知道該往哪裡長,後面的頭髮向左長而前面的頭髮向右長,在這附近的頭髮則有的往前有的往後,最終呈現出來的就是一個突然而且不連續變化的變量。同樣的現象在自然界中也隨處可見。北極點就是一個奇點,從這個點沿著不同的經線走出去能去到不同的時間。

你知道嗎?你的頭髮、手指、手掌隱藏著意想不到的數學

奇點是自然界用於解決不匹配的做法,具有堅持、連續性的特點。這裡依舊可以從嬰兒的頭髮來看出,隨著嬰兒的長大,頭骨和頭皮會增大,但漩渦會一直存在。這種持續性可以用數學上的拓撲學來解釋。在一張具備彈性的紙上畫下嬰兒的漩渦髮型,任憑我們如何拉扯扭曲都無法改變它的髮式,交叉的還是交叉,不交叉的還是不交叉,這就是拓撲結構的不變,它是用來描述經久性特性的。

這裡我們可以再觀察一下自己的手掌和手指。仔細觀察可以看到那些整齊圖案的指紋隆起,在皮膚很小的部分它們是平行的,而當把不同部分的隆起柔和在一起時,就會產生不連續性--奇點,這就是皮膚隱藏的拓撲學的方式和環點。對此,曾有學者指出一個普遍性法則,即所有人五指的手上的的三叉點總比環點多4個,這也是拓撲法則。彭羅斯把他的法則推廣到出生並非五指的手上,這常常是由於遺傳異常造成的。這一法則後來由其兒子,羅傑,一名優秀的物理學家,用拓撲學推導論證。

你知道嗎?你的頭髮、手指、手掌隱藏著意想不到的數學

拓撲學推理被廣泛運用於日常工作中。世界上最偉大的數學生物學家之一——Art Winfree就預測心跳的節律到睡眠的週期有它們自己的北極點,在那裡心律的相變得奇異,睡眠週期會停止。這一想法已經得到證實,被醫生與心律失常的研究人員認為是具有重要意義的線索。

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造物主居然把這麼不可思議的高等數學隱藏在我們的身體上,你覺得驚訝嗎?


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