自然界中發現的9個驚人的分形

分形是一種幾何形狀，它在整個尺度範圍內都顯示出相似性——也就是說，無論它們是大是小，它們看起來都是一樣的。事實上，它們在自然界中無處不在。

我們在日常生活中會遇到很多分形的例子。菠蘿的生長遵循分形規律，冰晶也以類似的分形形狀形成。分形可以讓植物最大限度地暴露在陽光下。它們使心血管系統能夠有效地將氧氣運輸到身體的各個部位。

在這裡，我們將解釋自然界中14個迷人而美麗的分形例子。

羅馬花椰菜

羅馬花椰菜生長在金色螺旋形，這是一種基於黃金比例的模式。螺旋每轉四分之一圈就變寬φ因子。這種蔬菜有加速發芽的傾向，導致了這種螺旋形狀和錐形形狀。隨着花椰菜的生長，花尖會越來越高。

自然界中其他的金色螺旋包括螺旋星系和鸚鵡螺殼。

松果

松果，是一種木質的、有鱗的果實，懸掛在常青樹上，是樹木的結籽器官。毫無疑問，你已經注意到它們那令人滿意的螺旋狀鱗片，這反映了它們所保護的種子。在潮濕或寒冷的時候，它們會緊密閉合，然後在種子最適合隨風傳播的時候打開。

同樣，分形設計是由加速增長引起的。這是對數或等角螺旋的自然例子。

肉質植物

在植物生物學中，分形設計被稱為螺旋葉狀排列，“葉狀排列”一詞簡單地指植物葉片的排列。螺旋蘆薈和一些月牙蓮的葉子向上捲曲是有原因的:它們有助於把雨水引導到植物的核心，防止頂部的葉子遮擋底部的葉子。

在21世紀中期，一位數學家假設植物和指紋的螺旋圖案出現的原因是相同的，那就是緩解壓力。他說，相反方向作用的力會導致皮膚和植物組織在生長過程中向內彎曲。

冰和雪

沒有兩個雪花的設計是相同的，但許多雪花的分支產生自己的側枝，以此來表示分形。如果雪花不停止積累水分並最終融化，它可能會永遠這樣下去，變得和地球一樣大。

最著名的分形雪花圖案被稱為科赫雪花，源於一個等邊三角形形成另一個等邊三角形，再形成另一個等邊三角形。這是最早描述的分形之一。

樹枝

樹是自然界最典型的分形之一。隨着它們的生長，樹榦上會長出枝條，每一根枝條就像一棵更小的樹，長出自己的枝條。如果你觀察一個複雜的樹，你會注意到Y形的重複貫穿始終。

這種分形設計，就像多肉植物的螺旋形一樣，幫助樹木優化它們在陽光下的曝光度，並防止頂部的枝條遮擋較低的枝條。

銅晶體

分形幾何在化學中也很常見。銅晶體很好地證明了這一現象，它們像樹枝一樣向各個方向伸展。每一根“樹枝”都是一個新的生長點——當它伸展出來時，就會發展成固體金屬銅。由於其樹狀的性質和獨特的紅褐色，銅晶體通常用於藝術種植。

河流

河流分叉成小溪，因為水是從主幹道向下流動的，但為什麼總是蜿蜒的S形呢?雖然河流有時可以形成一條直線，但它們很快就會變得彎曲，因為它們適應了野生動物巢穴的干擾。僅僅一個擾動就能打亂河流的流向，使其在整個河流中彎曲。

這些流有多廣也是非常公式化的。專家們發現，這些曲線總是海峽寬度的六倍。這種自相似性是分形的特徵，也是為什麼世界各地的河流看起來都很相似的原因。

葉脈

事實上，樹木從種子到根再到葉子再到樹冠都是分形的。如果你仔細觀察樹葉的葉脈，你會發現它們是多麼的自我相似。最小的看起來像主中脈(中脈)，而中脈看起來像帶着樹枝的樹榦。

這隻適用於網狀脈(網狀的，不是平行的脈)。

泡沫

你早上拿鐵上的泡沫是分形的。在自然界中，當海浪破裂或雨滴落下時產生的氣泡會形成一種自相似的模式，由液體薄膜分離出大小不一的氣穴。大氣泡中穿插着小氣泡，小氣泡中穿插着更小的氣泡，以此類推。

在大自然之外，你會在肥皂浴或在水槽里洗碗時看到這些分形圖案。