这几天珠三角除了被暴雨正面攻击,还遭遇到一种上古神兽潮水般的“空袭”。
有市民一扇小窗忘了关,仅仅几分钟屋子就被这货占领了。
飞蛾扑火大家都知道是昆虫趋光天性的结果,不过大家可能不了解的是,这货的趋光性却与自然常数大有关系,而我们的四大发明之一的指南针也和它们一样,用不好,和它们会一样的下场。
知乎上有几篇介绍自然常数e的文章,为了不浪费大家的时间,本人整理摘抄如下:
黑夜里,飞蛾不能看清四周的情况,在找不到合适参照物的情况下,如何不走冤枉路,多快好省的飞行呢?
太阳光、月光和星光,在地面上可以看成平行光,能作为参照来做直线飞行。
如下图所示,注意蛾子只要按照固定夹角飞行,就可以飞成直线,直飞才最节省力气。角度稍微一调整,就可以直飞另一个目标。
可是,自从坑爹的人类拥有火之后,蛾子就懵逼了。蛾子把人类的灯光误认为也是平行光的自然光,然后按着本能一直切割光线而去。
别以为蛾子是真傻的,上面这种情形实际是自以为是的人类猜测的“蛾子的正趋光性”。
蛾子说:趋你妹的光啊,傻瓜才瞪着光飞,不知道会亮瞎眼啊?!!
在现实情况下,蛾子的飞行路线并不是如理论上推测的螺旋线,而是下图所看到的不规则螺旋线。
蛾子在飞行时也发现问题了:
我飞飞飞
咦……不对啊!
调整角度,飞飞飞……
我去!还不对,我这是在往哪飞啊?
继续调整角度……
我去……我去……我……我晕……
蛾子也想挣扎的飞出正确的路线,不断的调整角度,奈何本能使然,最终还是向着灯光飞去。
中国人发明的指南针传入之前,古代欧洲人也是利用天空中光线来导航的。
在北欧維京海盗时代,维京人就利用太阳石在北大西洋上导航。
太阳石就是方解石,是碳酸钙的晶体。
由于其特殊的晶体结构会把自然光分解为两条偏振光。天空光因为是部分偏振光,所以旋转方解石就会出现时亮时暗的效果。
在美剧《Vikings》第 1 季的前两集里就有这样的情节。
维京人在有阳光时,就直接利用正午的太阳确定方向。
阴天或大雾看不到太阳,就用太阳石找大概的方向。
人类用指南针导航会不会出现蛾子的困境?
在南北磁极时也会出现蛾子的问题
例如,我们手里有指南针,不是往南走时才用得到,往任何方向都可以作为参照。
在大海上,你要去一个岛,按照地图上的标记,发现只要往东走就行了。
正常情况,我们根据指南针,按照与北方的右夹角90度角航行,走直线就可以最快到达。
如下图:在远离南北极的地区,可以认为磁力线是平行的。
但如果在南极雪原上,在距离南磁极很近的地方,指南针总指向附近的磁极点,如果往东走,就是绕着南磁极走圆圈。
如下图:在南极附近磁力线不能看成平行线,而是以南磁极为中心的放射状。
如果往东南走,就会像蛾子一样做等角螺线,绕很多圈后到达南磁极。
如下图:与磁力线保持45度夹角,就不再是圆周运动,而是螺线运动。
这时候人们必须放弃指南针,改为参照地形或其他参照物导航。
说到这里,这与自然常数e又有什么关系呢?
在《三体》中提到一种很牛X的打击,叫做降维攻击,任何高维东西一旦降维就完蛋了。
在数学上反应出来就是微分,通过微分,我们可以把高阶方程变成低阶方程来降低解方程的难度。
但是,有一个方程不管你怎么微分还是它本身,就好像你切掉孙悟空的一部分,你以为是一小片肉,睁眼一看,居然是另一个孙悟空,而且一样大!
这个方程就是
它在直角坐标系中的图形是这样的
但是,如果这个方程(函数)换成极坐标系
那么它的图形就变成了下面这样
这条螺线就与蛾子以一定角度切光线飞行的路线是不是很像?
嗯,蛾子就和自然常数e扯上关系了。
不过!
等等,我们在网上还看到过很多
实际,这应该叫做斐波那契螺线。
斐波那契数列就是1,1,2,3,5,8,13,21,34,55,89……这样的数列。
其特点是前两个数加起来就是下一个数,例如
1+1=2
1+2=3
2+3=5
......
34+55=89
......
用这些数画出来的半圆,可以拼接成下面的螺线形状,这就是斐波那契螺线
正解是
很多科学家发现对数螺线e^θ自然界中广泛存在。从大如星系、台风,到小如花朵、海螺……宇宙
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