蜂房之秘
2020-01-13
广西融水县三防镇本洞村沙街
山中居隐素殷勤,
迁住平阳润庶民。
巧夺天工筑舍宇,
妙将地利建巢营。
金房遍布多晶孔,
玉室密铺似亮星。
结构暗藏高智慧,
震惊多少数学人。
这首诗是赞扬蜜蜂巧建巢房而作,蜜蜂建房本是用于贮蜜、储粮和哺育后代的需要,然而,小小的蜂房却隐藏着鲜为人知的惊人智慧和高超的建筑技术。
早在18世纪初叶,法国数学家克尼格、科学家马拉尔奇、物理学家列奥缪拉、苏克兰数学家麦克劳林等,继埃及数学家巴普士研究过的有关蜂房结构问题,做了更深入细致的研究、观测和计算。马拉尔奇解剖了数以千计的蜂房,最终得出这样一个结论:蜂房是由许多连续紧凑、排列整齐的正六棱柱形的空心房孔所组成,房孔底部由三个全等的棱形构成,每个棱形的两个钝角均为109°28′,两个锐角均为70°32′。经反复核实后,马拉尔奇发表了一篇论文,将这一有趣而又十分科学的数据公布于世。
这篇论文惊动了法国著名数学家、巴黎科学院院士克尼格,他经过一系列的精密计算之后,得出了另外一个结果:要使蜂房既省料又宽敞,钝角应为109°26′,锐角为70°34′。与马拉尔奇的计算结果相差各2′。克尼格经过反复核实之后,也公布了这一结论。
两年之后,一场悲剧发生了。一艘轮船在大海中航行,触礁遇难,仅水手获救,其余全部沉没。原因是船长用与克尼格相同的对数表,计算航道经纬度行船,结果使船遇难。消息传到了克尼格那里,使他大为震惊,于是重新核对原稿,发现在引用反三角函数时,对数表的数值确实有差错。经过重新计算及修改后,得到的正确答案是:钝角109°28′,锐角70°32′,与蜂房的角度完全一致,更进一步证明了蜂房结构确实最科学,克尼格自叹不如。
物理学家列奥缪拉和其他科学家们在蜂房结构的研究中得到启迪,并以明确的数学逻辑证明:在连续紧凑排列的空心柱体中,正六边形的周长最短,也就是正六棱柱形房孔的房壁面积最小。而且,每个房孔的六个房壁又各为周围相邻的六个房孔的一个房壁。房底的三个棱形又各为另一面三个房孔的底面。房壁很薄,除房口稍厚外,其余厚度均不足1/16 mm。这种一房多孔,一孔多壁,一壁多用的优化建筑,是目前世界上任何一种动物都做不到的。用科学的态度去分析和计算,蜜蜂每分泌1kg蜂蜡,建成房孔大约153800多个,可以贮藏蜂蜜40kg,容量是建材的40倍以上。由此可见,蜂房的巧妙结构使其用材最省房孔最宽敞,充分利用空间,是容量最大最坚固的科学建筑典范。
蜜蜂建房,竟有如此绝妙的聪明才智,自然是出自蜜蜂本身固有的本能。这些本能曾使几百年来的科学家和建筑师们惊叹。马克思和达尔文都曾赞叹过这种本能。
我国数学家华罗庚、陈景润,昆虫学家刘崇乐等都研究过蜂房的结构,华罗庚利用理论数据结合蜜蜂身长、体围、泌蜡等多种因素,反复研究、测试、论证,证明蜂房结构与蜂体、泌蜡需要现实环境、特定条件等各种关系的统一性。并发表了一篇题为《谈谈与蜂房结构有关的数学问题》的文章,其内容阐述了蜂房结构中的不少精奥和高深数据,更进一步证明了蜂房结构的科学性。华罗庚认为:蜂房结构不仅如此,还有很多的奥秘尚未揭晓,有待人们去解密,因为蜜蜂的惊人智慧,远远超出了人们的想象。华罗庚还填了一阕词,叮嘱后人继续研究蜂房之秘,词曰:“往事几百年,祖述前贤,瑕疵讹谬盈篇,蜂房秘奥未全揭,待咱向前”。