吹出六边形的泡泡

苏朋博+冉浩

你在洗澡的时候玩过泡沫没有？你在喝可乐的时候，有没有通过吸管向里面吹过泡泡？你注意过那些小泡泡吗？它们是什么形状的？如果只有一个泡泡，那肯定是圆形的，但如果有一群泡泡呢？它们还都是圆形的吗？

圆形？六边形！

如果仔细观察的话，你会发现那些泡泡聚到一起时，真的不是圆形的，它们有固定的形状——六边形或五边形。

没错，泡泡在空旷的空间里是呈圆形的。因为这样可以用最少的材料围成最大的面积，这样会显得它们的体形比较大。在这个过程中，水膜形成张力，使泡泡变得非常稳定。但是，当一群泡泡挤在一起时，它们相互受力挤压，但又互不相让，张力发生了变化，迫使它们在坚固和用料上做出平衡，获得了既省材料又坚固的六边形结构。

对于六边形这个自然形成的形状，科学家进行了很深入的探究，还总结出了定律。最著名的就是“普拉托定律”，它的内容很高深，但通俗地讲，就是紧挨着的球形物体互相挤在一起，如果可以变形，都倾向于变成六边形，这样最稳定。

至于五边形，则是因为泡泡的受力不完全均匀，所以形成的六边形不是正六边形，彼此之间会留出一些空隙，由五边形来填补。结果，你看到的就是满眼密密麻麻的大六边形和小五边形了。

生物早就学会啦

在我们获得六边形结构既省材料又坚固的知识之前，大自然的生物们早就通过上百万年的演化掌握了这一技巧。其中最出名的，当然就是蜜蜂了。

蜂巢的六边形结构是大自然最奇妙的设计之一。凡是筒状的物体，当受到压力时，它的截面都是六边形。同时，六边形像三角形一样具有稳定性。因而蜜蜂在建窝时，巧妙地建成了六边形，避免了互相挤压，这样大家都可以舒适地在自己的小房间里玩耍了。

不过，六边形也很多哦！正六边形、不规则的六边形……蜜蜂会如何选择？如果从蜂巢的正面看，似乎每一个巢室都是正六边形。既然如此，巢室的每一个角应该都是120°。

然而，事实并非如此。蜂巢并不是规则的六棱柱形，它的底面实际上是由三个菱形拼起来的，而不是纯粹的正六边形。简而言之，就是所有的钝角都是109°28′，锐角都是70°32′。这些数字成就了蜂巢的神奇：经过科学家的推算发现，运用这个角度建成的六边形，消耗的材料最少，也最坚固！

从学习到应用

其实，这种六边形稳定结构几乎无处不在。剑桥大学的教授们也观察过泡泡，不过知识渊博的他们看待泡泡的角度又不一样啦。他们觉得这些泡泡好眼熟啊，似乎有点像金属晶体。

我们平时常见的金属其实都是一种晶体状态，如果把它们放大到原子的尺度，你就会发现这些金属原子之间的排列是非常有规律的——它们会堆积成固定的形状。其中，一种被叫作“六方堆积晶体”的样子几乎和泡泡一样，组成了一个又一个的六边形，达成了像泡泡一样的稳定状态。于是，他们就管这种晶体叫“泡泡晶体”。

那你还能想到哪些地方还有类似的六边形结构吗？

其实，我们的工程师已经到处在使用这个原理啦。我们通过对大自然的探索，获得了真知，当然也应该让它为我们服务。例如“蜂窝式夹层结构”的飞机，這样制作的机体不仅能保证机身的强度，也能节省材料，减轻飞机的重量。还有，盛况空前的北京奥运会的主会场之一——水立方的灵感据说也来源于此呢！