科学星球

从数学怪兽到生命密码:是否存在介于2维和3维之间的物体?


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当你仔细观察一个人,头顶那片浓密的黑发,为什么到了脖颈处就悄悄变淡,而且过渡还很自然,再往下又成了几乎透明的绒毛?难道我们的身体里,藏着一份标注每根毛发颜色的 “说明书”吗?

当你深呼吸感受空气涌入肺部时,你有没有好奇过:小小的胸腔里,怎么装得下能铺满一个网球场的肺泡?3 亿个肺泡像迷宫一样排布,它们的位置是一个个被规划好的吗?

如果你把一片雪花放在显微镜下,能看到更小的雪花形状嵌套其中,这种 “重复又不单调” 的图案,是一种巧合还是有什么内在的机制?

这些看起来毫无关联的问题,答案其实都指向同一个听起来很 “数学”,却和我们息息相关的概念 —— 分形。

你可能会觉得,“分形” 这两个字听着就像课本里的难题,但实际上,它是大自然偷偷用了几十亿年的 “建造密码”—— 小到你身体里的血管、神经,大到窗外的树木、远处的山脉,甚至天上的云朵,都是用分形的逻辑 “长” 出来的。

只不过,我们人类在数学理论的发展过程中,是很靠后才了解到它的,所以初看起来它就很怪异。甚至曾经一度被人们称为“数学中的怪兽”,但这只怪兽,早就先于我们存在了亿万年,它是宇宙用最简洁的方式,制造最复杂的世界的秘密算法。而一旦我们掌握了它,就能利用它来改造世界。

今天,我们就来好好聊聊分形。

便于你理解,下面有一些图片可供参考。

康托尔集:


科赫曲线:

科赫雪花:

海岸线悖论:


介于2D和3D之间的纸团:


科赫曲线的维度:


不同图形的维度表:


谢尔宾斯基三角形:


用混沌游戏算法构建谢尔宾斯基三角形:


天气系统的蝴蝶形吸引子:


肺部的分形示意图:


肺的分形构造:


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科学星球By BOX孙彬

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