螺旋之谜

自然界有很多不解之谜,你我都能列举出一大堆。不过你是否注意过,我们身边就存在着一个最常见而又让人困惑的谜一一螺旋。

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(1)

螺旋结构是自然界最普遍的一种形状,小到肉眼看不见的DNA

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(2)

,大到直径上百公里的龙卷风,

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(3)

科学家已经发现,这种搭配方式能够使DNA修-正关键遗传信息中的缺陷:如果附着在DNA-条单链上的四种化合物之一有缺损,检查另一条单链上与之配对的化合物,就可以将缺损化合物识别出来。于是,细胞会复制出一个新的化合物,从而减少了畸形的发生。

可以这么说,DNA中包含着人类进化的密码,可是为啥呈双结构呢?而且这种结构看起来是如此完美。科学家至今仍然苦苦研究,希望找到一个合理的答案。

神奇:动植物身上的螺旋

在动植物身上,都能发现奇特的螺旋现象。拿动物来说吧,蜗牛

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(4)

、海螺的壳都是典型的螺旋结构。许多植物的螺旋结构更为复杂,松果

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(5)

和菠萝的茎、

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(6)

皮都显示了奇特的螺旋规则,在数学上极为精确。

香蕉的种子则按螺旋形排列,一些呈顺时针,一些呈逆时针。植物学家发现,这两种螺旋结构只会以某些“神奇”的组合同时出现。比如,21个顺时针,34个逆时针;或34个顺时针、55个逆时针。有趣的是,这些数字属于一个特定的数字列一一斐波纳契数列,即1、2、3、5、8、13. 21、34……每个数都是前面两个数之和。

植物怎么能“知道”这个深奥的序列呢?目前还没有一个正确的解释。

让人不解的是,许多爬藤植物竟然是按螺旋状向上攀爬生长的。

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(7)

这些植物是怎样喜欢上这种几何曲线的呢?对于爬攀植物来说,亿万年的进化使其呈螺旋形生长:它们在抓住其他结构的同时尽可能使自己多接触阳光。对于菊石来说,它们的外层生长得十分缓慢,这使它们在盘曲的同时,稳步增大中心与边缘的距离。

给力:阿基米德螺旋泵

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(8)

大约在2 300年以前,古希腊著名数学家阿基米德就发现了螺旋的能量和魔力,他认为,螺旋不仅能够帮助解决一些数学难题,而且具有实用性。

有次阿基米德和同学外出,看见农民们正吃力地拎着水桶,从河边爬上高处的田地进行灌溉,不禁深深地产生了同情:“这样拎水的效率太低了,浇一块田不知要拎多少桶!”同学不以为然地说:“祖祖辈辈,人们都是这样做的,你有什么好办法呢?”

回去后,阿基米德的眼前总是闪现出农民拎水时的样子,“可不可以让水往高处流呢?”阿基米德开始思考这一问题。渐渐地,他的脑海中产生了一个设想:“做一个大螺旋,把它放在一个圆筒里,这样螺旋转起来后,水不就可以沿着螺旋沟被带到高处了吗?”阿基米德画出了一张草图,然后让木匠师傅根据草图做出了一个用于带水的“怪玩意儿”。阿基米德将这个东西搬到河边,把它的一头放进河水里,然后轻轻地摇动手柄,“咕噜噜”一阵响声后,河水从怪东西的顶端不断地喷涌出来,水果然从低处往高处流了。

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(9)

前来围观的农民都被这神奇的东西迷住了,纷纷赞叹阿基米德的聪明才智。不久,这种螺旋水泵在尼罗河流域得到广泛应用,人们把它称为阿基米德螺旋泵。直到现在,一些工厂仍然使用这种泵来运送流质和粒状物体。

除了水泵之外,螺旋在今天有了更多的用途,包括钻头、螺栓、弹簧、螺丝钉等,甚至在家中随处可见的瓶口和瓶盖子。你只要留心—下,就会发现许多工具和材料都运用了螺旋原理。

壮观:科里奥利效应

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(10)

地球上最壮观的螺旋,当然要算飓风了,可这也是最让人讨厌的螺旋。飓风的螺旋形状可以蔓延数百公里,再加上200多公里的时速,最大毁灭力相当于10万颗原子弹。

飓风为啥如此可怕?科学家发现,飓风的一部分能量来自太阳,后者加剧了热带地区的蒸发作用,使大量热能进入大气层。但是,飓风的螺旋形状却来自科里奥利效应:地球的自转力,往往使所有物体朝同一个方向运动。在热带地区,距赤道越远,科里奥利效应越强。这种效应把新形成的飓风变为乌云、狂风和暴雨组成的浓密螺旋。

在较为温和的天气现象中,同样可以看到科里奥利现象形成的螺旋力。这种力使赤道以北的低压系统逆时针自转,南半球的情况则正好相反。人们通常都认为,就连抽水马桶的漩涡也是相似原因形成的。

对于飞行员来说,考虑到科里奥利效应很有必要:如果一架客机按直线从欧洲飞往美洲,可能降落在距离目的地以北二三千公里之外的地方,也就是说,飞机差不多要落在北极圈内了。为了避免出现这种状况,飞行员在驾驶飞机时,要按照能够补偿地球自转效应的螺旋形路线前进。

一级方程赛车手们也懂得利用螺旋形的好处。

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(11)

在激烈的赛场上,选手们按照弧形路线前进,因为弧线使他们能够在尽量少减速的情况下通过弯道。这样,他们就能够加大进入和驶出的速度,提高比赛成绩。

迷惑:看不懂的螺旋

虽然科学家做了大量的研究工作,但是螺旋结构仍然蕴藏着许多秘密。摆在我们眼前的例子就是:我们手指和脚趾上那些熟悉的螺旋形纹路是怎样形成的?与单一形式的DNA“指纹”不同,真正的指纹千差万别,就算是同卯双胞胎也彼此不同。然而,是什么决定了指纹的形状?这一形状能够预测吗?

和科学有关的未解之谜(我们每天都能看到的科学未解之谜)(12)

从宇宙的范围看,天文学家们希望弄清楚为什么80%的星系都是螺旋形。显然,无所不在的引力起到了关键的作用,但到底它是怎样把灿烂的星系雕刻成美妙螺旋的呢?这仍旧是个谜。

螺旋,你很美,可是你也很难懂。

,