斐波那契數(shù)列對應(yīng)著多種事物發(fā)展,它否能成為打開宇宙奧秘的鑰匙
一名十多歲初中生發(fā)明了一塊很古怪的太陽能蓄電池,是按照斐波那契數(shù)形狀排列的電池板。
奇怪的現(xiàn)象發(fā)生了,這個小裝置在陽光不足或者是間接照射的情況下能效居然提高了50%,為此該少年因這個發(fā)明得到了美國自然歷史博物館頒發(fā)的青年博物學(xué)家獎。
通過這件事人們又開始重新關(guān)注起斐波那契數(shù)列。
200年來一直有人說這個數(shù)列是一組宇宙的秘密。實屬不可泄露的天機(jī),它告訴我們世間萬物皆由上天安排。斐波那契數(shù)列從何而來,他到底揭示了什么秘密。這一切的發(fā)生似乎需要從頭說起,時間要回溯到一三九五年左右,一位叫萊昂納多斐波那契的意大利小伙子跟著父親在北非經(jīng)商。那時阿爾及利亞被奧斯曼帝國統(tǒng)治,流行的是阿拉伯文化。
斐波那奇突然發(fā)現(xiàn),阿拉伯人的數(shù)學(xué)太厲害了,尤其是阿拉伯?dāng)?shù)字比起羅馬數(shù)字在計算方面要高效得多。斐波那契就請阿拉伯?dāng)?shù)學(xué)家教他數(shù)學(xué),深入了解之后,他才知道原來阿拉伯?dāng)?shù)字也不是阿拉伯人發(fā)明的,而是從古印度旁遮普地區(qū)流傳過來的。
幾年之后斐波那契學(xué)成回國,他把自己整理的數(shù)學(xué)知識編寫成了一本書,書名叫計算書,這就是其中最精彩的一頁,因為在這一頁上介紹了一個數(shù)列,就是神秘的斐波那契數(shù)列,在書頁的右邊框上寫得清清楚楚,就是豎列對應(yīng)的值。
斐波那契數(shù)列是怎樣產(chǎn)生的呢?
這個數(shù)列源于一道假想題目,兔子的繁殖過程,下面我們就來簡單地介紹一下,假設(shè)每個月每對成熟的兔子都會繁殖出一對幼兔,假設(shè)所有的兔子永遠(yuǎn)都不會死,那么N個月之后一共會有多少只兔子呢?
一畫圖就可以很直觀地看出來了。第一個月有一對兒小兔標(biāo)號為A,所有的兔子總數(shù)是按一對算,到第二個月,這對小兔A成熟,但兔子仍然只有一對,第三個月A生下了一對兒幼兔,加上新生的幼兔現(xiàn)在兔子的總數(shù)是兩對。
第四個月幼兔又生了一對兒新的幼兔C,現(xiàn)在兔子的總數(shù)是三對,第五個月,除了兔A再次生出了幼兔D。幼兔B此時也成熟了,小兔B生出了幼兔E,這樣兔子的總數(shù)就變成了五對。以此類推到第七個月就是13對兔子,把這些數(shù)列排列起來,我們就得到了一一二三五八十三二十一三十四以至無窮,這個數(shù)列就稱為斐波那契數(shù)列。
時間來到了1877年,數(shù)學(xué)家愛德華盧卡斯第一個給出了求斐波那契數(shù)列第N項的表達(dá)式,表示為FN等于FN減一加上N減二,其中N大于等于二,這是一個非常簡潔優(yōu)美的數(shù)學(xué)公式。
從此以后,對斐波那切數(shù)列的研究開始一發(fā)不可收拾。
首先,人們發(fā)現(xiàn)斐波那切數(shù)列用后一個數(shù)除以前一個數(shù)是有規(guī)律。比如5除以三約等于1.6668除以5等于1.66,13除以5等于1.6252,21除以13約等于1.61538,當(dāng)數(shù)列趨于無窮大時,數(shù)字就會無限地逼近1.618.618,也就是黃金分割比,用希臘字母來表示,黃金分割比例最簡單的解釋就是把一條直線分成了兩段,其中A段除以B段的商為1.618。
有人說黃金分割比不是0.618嗎?怎么變成了1.618了呢?其實這兩個值確實是同一回事,還是同一條線,A段除以B段就是1.618,如果A段除以全長就是0.1這就看拿什么來除了,其實這是一個問題兩種表述罷了,單看這條線還真的看不出來它有什么奧妙所在。
但是如果我們使用斐波那契數(shù)列,就可以繪制出一個動態(tài)的黃金分割比軌跡圖,這樣軌跡的劃分就會變得非常容易化了。先根據(jù)斐波那契數(shù)列的頭兩個實數(shù)1,畫出邊長為1的兩個正方形,然后畫第3個數(shù)2,邊長也為2,以此類推,畫出38、13、21再用圓規(guī)將每一個正方形的對角連接起來,一個斐波那契數(shù)列螺旋線就這樣出現(xiàn)了(黃金螺旋線)。
斐波那契數(shù)列似乎有著某種魔力,自問世的那天開始,人們就驚訝地發(fā)現(xiàn)自然界中存在著很多這種曲線。最著名的例子是被稱為鸚鵡螺的貝殼,它本身就是以螺旋曲線的方式生長的,而在植物中最神奇的要屬于向日葵的種子,種子從中心向外發(fā)射出兩條曲線,通常他們的比值就是斐波那契數(shù)列值時就是3和21,植物學(xué)家還發(fā)現(xiàn),像樹干的分支也是依照著斐波那契數(shù)列排列,每一次分支都是依照123583的數(shù)字生長。
就如這個十歲左右少年發(fā)明的太陽能電池裝置,正是按照斐波那契數(shù)列形狀制造出的。植物學(xué)家認(rèn)為植物傾向于這種排列方式,因為這種排列可以讓每個樹枝和樹葉都能夠最大化地接受陽光的照射,這就解釋了為什么這名少年的蓄電池在陽光不足的時候還能顯現(xiàn)出很高能效。
生物學(xué)家也從生命遺傳密碼中找到了黃金分割比。他們發(fā)現(xiàn)兩條螺旋凹槽的比例正好是黃金分割數(shù)為2.1納米、1.3納米。如果把這種曲線延伸到建筑業(yè),我們會看到更多類型的形態(tài),比如埃及金字塔、帕特農(nóng)神廟和泰姬陵。在美術(shù)作品中就更多了,像著名的無名女子肖象、蒙娜麗莎、戴珍珠耳環(huán)的女孩兒等。
有的人會問難道創(chuàng)作這些作品的人都了解斐波那契數(shù)列嗎?其實并不是這樣的,這只是人類潛意識中最美的十檔構(gòu)圖,在符合黃金分割比例時我們就認(rèn)為這是完美。人們還驚訝地發(fā)現(xiàn)巨大的自然之力,颶風(fēng)也會形成螺旋曲線。
更有趣的是在宇宙的深處,所有螺旋星系都會呈現(xiàn)斐波那契螺旋線的形狀。那么我們還可以用斐波那契數(shù)列進(jìn)行更多的研究,比如說用來研究社會主要矛盾的變化,因為各個時期社會的主要矛盾都不一樣,對于一部分人群來說,今天并不是主要矛盾。
但是明天就可能會上升為主要矛盾,所以這里面就存在著某種滯后,有關(guān)生長與滯后的課題,斐波那契數(shù)列就可以登場了。
社會學(xué)者在研究社會階層的變化過程中發(fā)現(xiàn),有些人群會因為新興產(chǎn)業(yè)的出現(xiàn)而致富,也有一些人群被時代淘汰而變得貧窮,此刻斐波那契數(shù)列對研究這些變化就可能起到重要的作用。
所以說斐波那契數(shù)列仍然是一組神秘的宇宙密碼,它是生命周期問題對應(yīng)的數(shù)學(xué)規(guī)律,這個才是斐波那契數(shù)列的真正含義。意大利天文學(xué)家伽利略曾說過,數(shù)字是上帝用來書寫宇宙的文字,他說得很有道理,萬事萬物的秘密其實都隱藏在數(shù)學(xué)之中。