自然形態規律

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大自然裏面有生命嘅嘢往往都係傾向左右對稱嘅-對稱呢種形態規律出現喺多種自然物體嗰度。

自然形態規律粵拼zi6 jin4 jing4 taai3 kwai1 leot6英文patterns in nature)泛指大自然當中一啲用肉眼睇得到嘅形態規律,常見嘅包括咗對稱曲流波動葉序斷裂呀噉。每一種自然形態規律都會出現喺多種唔同嘅自然事物當中,可以攞數學模型嚟模擬,例如係對稱噉,對稱可以用肉眼睇到,而實際嘅觀察發現,大多數嘅生物物種响形態上都係傾向左右對稱嘅[1]

唔同類嘅事物嘅形態規律可以用唔同領域嘅定律解釋:自然形態規律(包括埋岩石呢啲冇生命嘅嘢)冚唪唥都會跟從數學物理學化學上嘅定律;而生物嘅形態規律(例如正話提到嘅生物左右對稱現象)就會跟從物競天擇性選擇生物學上嘅基礎定律。科學家可以用電腦模擬嚟解釋呢啲現象-佢哋會將啲定律寫做電腦程式,然後再行呢啲程式,發現個程式會產生出觀察到嘅形態規律,噉就表明嗰啲形態規律可以由相對簡單嘅數學模型解釋到[2][3]

常見規律[編輯]

睇埋:幾何學

對稱[編輯]

內文:對稱

好多生物嘅外觀都有對稱。動物好多時都有左右嘅鏡像對稱,植物嘅葉同埋一啲花都有鏡像對稱,不過大部份嘅花都係有旋轉對稱嘅。少數動物,例如棘皮動物門下邊嘅海星、海膽、海百合就有五重旋轉對稱。

死物之中,雪花有六重旋轉對稱,俗語話「唔會有兩片一樣嘅雪花」,雪花嘅結構記錄咗佢形成嗰陣嘅外部環境狀況,佢六個方向會形成幾乎一樣嘅結構。晶體可以有好多唔同種類嘅對稱同埋晶體慣態,例如係正方體或者係正八面體,真嘅晶體一定唔會係五重旋轉對稱,不過準晶體就可以。唔同尺度下嘅死物都可以展現旋轉對稱,細嘅,一滴水滴落池塘,濺起嘅水花、漣漪有旋轉對稱;大嘅,行星、行星環嘅形狀都有旋轉對稱。

生物嘅對稱對應住佢唔同嘅特性,旋轉對稱通常對應一啲唔識郁嘅生物,佢嘅食物同威脅都有機會由任何一個方向接近。識得郁嘅生物,喺進化過程入邊,口、感官器官(眼、耳、鼻等)、神經會集中埋一齊,稱之謂頭顱化(cephalisation),頭嘅方向亦都係呢種動物主要郁嘅方向,稱之謂前面,所以呢啲動物識分前後左右,對應住左右對稱嘅器官(但係內臟未必對稱)。棘皮動物門嗰啲五重旋轉對稱比較難解釋,早期嘅棘皮動物係左右對稱嘅,而依家佢哋嘅幼體都仲係。Sumrall同Wray認為呢種對稱嘅轉變同時有發展上同生態上嘅原因。

碎形[編輯]

內文:碎形

螺線[編輯]

內文:螺線

葉序[編輯]

內文:葉序

曲流[編輯]

內文:曲流

波動[編輯]

內文:波動

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內文:球 (幾何)

密鋪平面[編輯]

內文:密鋪平面

斷裂[編輯]

內文:斷裂

研究史[編輯]

早喺古希臘嘅時代經已有人喺度思考自然形態規律:柏拉圖(Plato)等嘅多位哲學家都有嘗試解釋自然界當中嘅規律,創始咗一啲就連現代人都仲會用到嘅概念[4];現代人對自然形態規律嘅研究就始於 19 世紀,當時科學上出現咗重大發展,例如德國生物學家海克爾(Ernst Haeckel)研究海洋生物,發現佢研究嘅海洋生物喺形態上都係傾向左右對稱嘅[5],而打後喺廿世紀,英國數學家亞倫圖靈(Alan Turing)等嘅研究者又發現,好多自然事物嘅形狀可以用數學模型模擬,確立咗自然形態規律嘅諗頭-大自然入面有好多事物响生或者郁嗰陣都係跟從一啲定律嘅,會形成某啲特定嘅形態[6]

睇埋[編輯]

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  1. Stevens, Peter S. (1974). Patterns in Nature. Little, Brown & Co. p. 3.
  2. Prum, Richard O.; Williamson, Scott (2002). "Reaction-diffusion models of within-feather pigmentation patterning" (PDF). Proceedings of the Royal Society of London B. 269 (1493): 781-792.
  3. Ghose, Tia. "Human Brain's Bizarre Folding Pattern Re-Created in a Vat". Scientific American.
  4. Livio, Mario (2003) [2002]. The Golden Ratio: The Story of Phi, the World's Most Astonishing Number (First trade paperback ed.). New York: Broadway Books. p. 110.
  5. Ball, Philip (2009a). Nature's Patterns: a tapestry in three parts. 1: Shapes. Oxford University Press. p. 41.
  6. Ball, Philip (2009a). Nature's Patterns: a tapestry in three parts. 1: Shapes. Oxford University Press. pp. 163, 247-250.

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