宇宙密码:科学家发现神秘图形,或隐藏着生命的终极法则 世界十大密码图案( 二 )


科赫雪花 点击观看完整视频时间来到1904年,34岁的瑞典数学家尼尔斯·法比安·海里格·冯·科赫,由于他的名字过长,所以大家一般都喜欢叫他科赫 。这一年科赫在皮亚诺曲线的基础上,绘制了一种全新的图形 。他先是画一个等边三角,并把每一条边进行三等分,再取一条边的中间一段为边,向外在再画一个等边三角形 。同样的操作,重复的到其它的两条边上 。完成后再把中间的边擦掉 。此时就成了一个等边的六角星 。
然后重复上述步骤,画出更多的更小的三角形 。一直重复,无限的迭代下去 。你就会发现,迭代的次数越多,图形的状态就越像雪花 。因此科学家们把科赫发现的曲线,称之为科赫雪花 。
科赫雪花很好地展现了自相似性,即部分和整体严格的相似 。但是很快,科赫就因为自己的发现而困惑了 。科赫认为科赫雪花的面积,肯定小于以边三角形中心为圆心,定点为半径的圆 。也就是说科赫雪花不论怎么迭代,其面积始终不能超过这个圆 。这个面积该如何计算呢?科赫并不知道,但是在数学界总是有人喜欢研究别人的困惑 。
时间来到1915年,波兰数学家瓦茨瓦夫·谢尔宾斯基,对科赫的发现很感兴趣,于是他开始着手研究科赫雪花 。却始终无法破解其中的奥秘 。几番冥思苦想之后,他决定反其道而行之 。于是他和科赫一样,先画一个等边三角形,然后沿三边中点的位置进行连线,将它分成四个小三角形 。然后挖去中间的小三角形,接下来再挖去另外三个三角形中间的小三角形,并以此类推 。如果我们用黑色代表挖去的面积,白色代表剩余的面积 。
那么当上述的操作,无限循环下去时,整个谢尔宾斯基三角形的周长就会趋近于无限大,其面积就会等于0 。随后科学家们受到谢尔宾斯基三角形的启发,给出了科赫雪花的面积公式 。但是科赫雪花的周长却始终无法计算 。因为科赫雪花和谢尔宾斯基三角形的周长都是无限长的 。讲到这里,有看官就会开始错乱了 。一个有限面积的图案,怎么可能拥有无限的周长呢?这里面肯定藏着一个惊天的秘密 。于是一些科学家开始试图解开其中的奥秘,可都没有实质性的进展 。直到他的出现 。
豪斯多夫维数 点击观看完整视频时间来到1918年,德国科学家费利克斯·豪斯多夫,开始研究科赫雪花的悖论 。经过一段时间的研究,他终于找到了科赫雪花的破解之法 。豪斯多夫发现,科赫雪花有极强的自相似性 。于是他从相似性入手 。他将科赫雪花进行拆解,一条线视为是由两条长度一半的线组成的 。就是两个自身为1:2的对数比,log2比log2等于1,也就是说这条线是一维的 。根据科赫曲线和皮亚诺曲线的相似点,他想到了皮亚诺曲线经过无限迭代后,装满了整个正方形 。而正方形可以平均分为4个小正方形,就是4个自身为1:2的对数比,最后公式为log4比log2等于2.也就是说,这个正方形是二维的 。
以此类推,他将图形提升到立方体 。他认为一个立方体,可以看做是由8个小立方体组成的,也就是8个自身为1:2的对数比,最后公式为log8比log2等于3.所以这个立方体是三维的 。搞清楚这些后,我们再来看科赫雪花 。我们现在来给科赫雪花定义一个适合它的维度 。在我看来,这个维度的定义保持了1这个不变量,在二维的时候,我们称它为面积;在三维的时候,我们称为体积,但在科赫雪花中,我们称它为什么呢?现在我们观察科赫雪花一条边的生长过程:每生长一次之后的形状是由4 条之前的形状构成的,只是大小发生了变化,长度缩短到之前的1/3 。其公式就是log4比log3.而此时诡异的事情发生了,我们熟悉的空间维度,竟然出现了分数 。科赫雪花的维度居然是1.26维的 。豪斯多夫的这项重大发现,在数学上被称为豪斯多夫维数 。