平时看似简单的一串阿拉伯数字,对笔者来说却是高深莫测。由于大脑中缺少数学细胞,求学时,只要是数学考试,便每每"大红灯笼高高挂"。笔者平生虽不喜欢各种数字,却对以下两个充满魅力的数字情有独钟:(1)0.618。(2)142857。
先说0.618(上帝的数字):
据说古希腊文化的中心思想是尊重宇宙万物的协调。希腊的艺术、科学和哲学都反映出希腊人力求模仿大自然的对称与和谐。科学研究表明,大自然是最伟大的创作者和最优秀的设计师。美学上有一条守则表达了这种欲望,称为“黄金分割”的数比。希腊人认为这个数比象征完美无瑕,从人的体形以至个人与社会的关系,每一种东西都以符合黄金分割为理想。古希腊美学家、哲学家柏拉图,把“黄金分割”的数比值0.618誉为“黄金分割律”,简称“黄金律”或“黄金比”。而这个0.618据说最早由2500年前古希腊数学家、哲学家毕达哥拉斯学派发现。
“黄金分割”是把线条或任何物品分一为二的一种独特方法,分成的较小部分与较大部分的比例,跟较大部分与原来整体的比例相同。“黄金分割”的应用,最早可见于古埃及人的建筑术,不论他们当时是有意还是无意采用的。曾经有人断言:“宇宙万物,凡符合‘黄金分割律’的总是最美的形态。”事实证明,0.618在建筑、书法、绘画、音乐等领域都有充分体现,不过在音乐上成比例的不是空间而是时间。而医学与0.618更有千丝万缕的联系。它可以解释人为什么在环境温度为22ºC-24ºC时感觉最舒适。因为人的正常体温37ºC与0.618的乘积为22.9ºC,而且在这一环境温度中,肌体的新陈代谢、生理节奏和生理功能均处于最佳状态。
在人体结构上,0.618更是无处不在:头顶至肚脐与肚脐至脚底之比;臀宽与躯干长度之比;上肢长度与下肢长度之比;下肢长度与全身长度之比,均近似于0.618。还有,眼睛位于发际至颏底的上、中三分之一交界处;鼻子下点位于发际至颏底中、下三分之一交界处,这都符合“黄金分割律”。古希腊的传统人体雕刻艺术,大概由于雕刻家们暗喻“黄金分割律”,他们手下的人体雕像,多富有神韵和魅力。
而当人们精神愉快时脑电波的频率是8赫兹,它与上限12.9赫兹之比正好也接近0.618。
现代科学研究表明,0.618在养生中起重要作用。“生命在于运动”,动而不衰。可有人又提出“生命在于静养”,静养存精得以长寿。其实,从辩证观点看,动和静是一个0.618比例关系,大至四分动六分静,才是较佳养生之法。医学专家分析后还发现,饭吃六、七成饱的人几乎不生胃病; 摄入的食物以六分粗粮、四分精粮为适宜。从“黄金分割律”看,结婚的最佳季节是一年12个月的0.618,大约在7月底至8月底为佳。7月至8月的人体血液中,淋巴细胞最多,能生成大量的抵抗各种微生物的淋巴因子,此时人的免疫力强,较少得病。
在动物界里,形体优美的动物,如马、骡、狮、虎、豹、犬等,凡看上去健美的动物,其身体部分长与宽的比例大体上都接近“黄金分割律”。蝴蝶身长与双翅展开后的长度之比也接近0.618。
在建筑艺术上,0.618运用得也很多。在希腊,有一种神奇的“黄金矩形”比例法,即矩形的短边与长边的比例,等于长边与长短边之和的比例,成了设计建筑物时尺寸比例的典范。直至今天,“黄金矩形” 在西方的艺术上依然是一个常规,很多人认为那是最悦目的形状之一。
事实上,“黄金分割律”这个数字一直被后人奉为科学和美学的金科玉律。在艺术史上,几乎所有的杰出作品都不谋而合地验证了这一定律,无论是古希腊的帕特农神庙,还是中国古代的兵马俑,它们的垂直线与水平线之间竟然完全符合1比0.618的比例。
“黄金矩形”的一个独特点,是用一条直线把矩形划分后可以变成一个正方形和一个较小的“黄金矩形”。如果不断把矩形划分下去,再以一条弧线把各条划分线的末端连接起来,就会形成一个“黄金螺旋”。这条优美的曲线,究竟是古希腊人凭计算得来、还是他们或他们的祖先从长期观察生物的形态而领悟出来的呢?今天还没有人能肯定回答。不过,我们发觉在自然界里,围绕树枝生长的叶子、花朵内孕育的种子、海螺、甚至银河系的旋涡之臂,都一再呈现“黄金螺旋”的图案花纹。
自然界的现象,每每有一定的规律,甚至与极其严谨的数学理论完全契合,准确得令人诧异。13世纪初,意大利数学家费本纳琪,就此提出了一个非常有趣的问题。
费本纳琪是意大利比萨人,受业于一位阿尔及利亚人,研读当时世界最先进的阿拉伯数学,发表过一些数学及几何学巨著,在欧洲推广使用阿拉伯数字,有不可磨灭的功劳。
费本纳琪在著作中提出了这样一个问题:有人把一对兔子放进四面有围墙的地方,假如每对兔子从第二个月起每月生一对兔子,一年后那儿共有多少对兔子?
答案可以推算如下:第二个月将生下第一对新兔子,第三个月再添一对,第四个月添两对,第五个月添3对,第六月添5对,以此类推。这个数列称为“费本纳琪级数”,又称“黄金分割数”。写出来就是0,1,1,2,3,5,8,13,21,34……在1之后,每个数都是前面两个数之和,即每月出生的新兔子对数等于先前两个月生下兔子对数之和,一年后,共有233对兔子。
这个数列在自然界中到处可见。例如,向日葵花盘上的小花排列成两条重叠螺纹,一条沿顺时针方向,有21朵小花,另一条沿逆时针方向,有34朵小花,21和34正是“黄金分割数”中的两个数字。
松果上也有螺纹结构,通常顺时针的螺纹有8圈,逆时针的有5圈,8和5这两个数字,又可以在“黄金分割数”中找到。再拿凤梨为例,表面的螺纹一个方向有8圈,另一个方向有13圈。
千姿百态的植物并非杂乱无章、随心所欲地生长。从植物茎的顶端向下看,细心观察后,可发现上下层中相邻的两片叶子间约成137.5°角。如果每层叶子只画一片来代表,第一层和第二层的相邻两叶之间的角度差约是137.5°,二到三层,三到四层,四到五层……两叶之间都成这个角度。植物学家经过计算表明:这个角度对叶子的采光、通风都是最佳的。可叶子间的137.5°角中,究竟藏有什么秘密呢?众所周知,一周是360°,360°减去137.5°等于222.5°,137.5°除以222.5°便约等于0.618。
另外,植物的茎及叶柄的横切面、果实和叶脉结构等也不是随意生长的。同样在一片叶子中,主叶脉与叶柄和主叶脉的长度之和比约为0.618。
植物主茎上生长的新枝条,也按照“黄金分割数”排列。新枝不会长在邻枝正上方,以免遮挡阳光。相邻两枝的夹角跟主茎圆周之比,如用分数来表示,分子和分母大多是“黄金分割数”中的数字。例如普通的草、榆树和欧洲椴是1/2,薹草、山毛榉树和榛树是1/3,橡树和果树是2/5,小叶杨和玫瑰是3/8,柳树、扁桃和韭葱是5/13。
银河系是一个巨大的天体系统,其中恒星占了90%,气体和尘埃占了10%,而这些物质大部分汇聚在中央平面的附近绕银河中心运行。从侧面来看,银河系就像一个扁扁的铁饼,整个直径有25千秒至30千秒差距,而我们人类居住的地球和太阳系,就处在银河系中心8.5千秒差距的地方。近年来又有人发现:我们的太阳系所在的位置正好位于银河系半径的黄金分割带上。银河系是由两千亿颗恒星及行星组成的。从概率角度讲,具备生物生存条件的行星肯定还有很多,但能够有像人类智慧的高等生物毕竟还是少数。那么我们是否可以这样认为,在银河系黄金分割带上的某些行星,可以诞生出高等动物?
太阳系至今共发现九大行星(现冥王星已降级为矮行星),九大行星围绕太阳旋转时,每一个行星距离太阳的位置是大自然随意安排的、还是其中有一定的规律或法则?
1772年,德国天文学家彼得在他编写的《星空研究指南》一书中,总结并发表了6年前由一位德国物理学教授提丢斯提出的一条关于行星距离的定则。
定则的主要内容是这样的:
取0、3、6、12、24、48、96……这么一个数列,每个数字加上4再用10来除,就得出了各行星到太阳实际距离的近似值。
但需要说明的是:为什么是0、3、6、12、24、48、96……这样的数列加4再用10来除而不是别的数?提丢斯和彼得都没有做出任何解释。里面究竟包含了什么奥秘?近年来,有人用黄金分割法来计算各行星至太阳的距离,其结果除土星至太阳的实际距离误差稍大些外,其它行星至太阳的距离数值都很接近。
在费本纳琪级数中越是排在后面的数,相邻两数之比越趋近1.618比1。无数的艺术创作、建筑设计,原来与费本纳琪的兔子风马牛不相及,却由于应用“黄金比”扯上了关系。
生命中的DNA也存在着这种神秘的巧合,它的每个螺旋结构都是由长34个埃与宽21个埃之比组成,而它们的比率为0.6190476,非常接近黄金分割比的0.6180339。难怪有人猜测:黄金分割是否就是宇宙中的遗传密码DNA?
奇妙的0.618,难怪有人称它为“上帝的数字”,上帝把“完美无瑕”锁进了这个“密码”之中。
再说142857(又名走马灯数、世界上最神奇的数字),它有以下一些令人吃惊的特性:
特性一:首先,我们让142857从1乘到6看看:
142857×1=142857
142857×2=285714
142857×3=428571
142857×4=571428
142857×5=714285
142857×6=857142。
同样的数字,只是如走马灯一般,反复地循环出现。
特性二:那么,把142857乘以7是多少呢?我们会发现,结果是999999。同时:142+857=999;14+28+57=99;1+4+2+8+5+7=27,而2+7=9。
特性三:最后,我们用142857乘以它本身,结果是:20408122449。这个数字看起来没有什么特别的。但把这个结果的前五位加上后六位,得数是多少呢?20408+122449=142857。
据说,对于这个很神奇的数字,历来有许多种传说。有传说称它发现于埃及金字塔内;还有传说称,古巴比伦人根据这个数字的特性将一周定为七天。
142857×1=142857(原数字);142857×2=285714(轮值);142857×3=428571(轮值);142857×4=571428(轮值);142857×5=714285(轮值);142857×6=857142(轮值);142857×7=999999(放假,由9代班);142857×8=1142856(7分身,即分出头一个数字1与尾数6,数列内少了7);142857×9=1285713(4分身);142857×10=1428570(1分身);142857×11=1571427(8分身);142857×12=1714284(5分身);142857×13=1857141(2分身);142857×14=1999998(9也需要分身变大)。与此同时,如果将1除以7,结果等于0.142857142857142857……而这正是一个以142857为循环节的无限循环小数。
除了0.618和142857两个令笔者陶醉的数字外,笔者发现还有许多数字也同样奇妙。如12345679(称之为“缺8数”)—— 先用这个数字和9的倍数依次相乘:
12345679×(9×1)=111111111;
12345679×(9×2)=222222222;
12345679×(9×3)=333333333;
12345679×(9×4)=444444444;
12345679×(9×5)=555555555;
12345679×(9×6)=666666666;
12345679×(9×7)=777777777;
12345679×(9×8)=888888888;
12345679×(9×9)=999999999;
12345679×999999999=12345678987654321。同时,我们将这个“缺8数”乘以8,结果是12345679×8=98765432。
此外,还有许多数字也表现出惊人的美感——
1×9+2=11;12×9+3=111;123×9+4=1111;1234×9+5=11111;12345×9+6=111111;123456×9+7=1111111;1234567×9+8=11111111;12345678×9+9=111111111;123456789×9+10=1111111111。
1×8+1=9
12×8+2=98
123×8+3=987
1234×8+4=9876
12345×8+5=98765
123456×8+6=987654
1234567×8+7=9876543
12345678×8+8=98765432
123456789×8+9=987654321。
1×1=1
11×11=121
111×111=12321
1111×1111=1234321
11111×11111=123454321
111111×111111=12345654321
1111111×1111111=1234567654321
11111111×11111111=123456787654321
笔者相信神奇的数字组合一定还有很多,正等待我们去探索发现。