"Some people asked me the question: Are you physicists so narrow and so focus that when you see a beautiful painting, and you see light shimmering on a pond, or you see a beautiful sunrise, do you see equations? And I confessed, I do." - Michio Kaku.

大自然的美是有目共睹的，虽然繁忙的都市生活致使很多现代人与大自然脱了节。下雨了，大家都忙着躲雨，没有伞被困在巴士站的人们大都在埋怨上天下雨耽误了他们的时间，这个年代，还有多少人能够偶尔静下心来欣赏雨景，看着滴在花朵上的雨斟酌诗句？或许是不甘心被人类遗忘吧，大自然偶尔在雨后挂上彩虹吸引大家的注意。您于是抬头看彩虹，多么美啊，您说。可是您真的体验过彩虹了吗？

那么您留意过彩虹内部的天空比外面的来得亮了吧？

留意过有时彩虹并不止那么七道彩弧吧？

留意过有时不远处有颜色秩序相反的霓吧？

很多人以为美嘛，用眼睛去看就行了，用什么数学方程式岂不是大煞风景么？殊不知数学的最高境界就是美。我们用数学来阐释宇宙，看见美丽的画面时并不会因此而失去了什么美感，反之，我们见到的更多，体会的更深：我们看见的不只是上帝的诗，最后的成品，我们还看到了上帝的美术意念和技巧。且看彩虹，它为什么是弧形的啊？啊？这是什么样的问题啊？您疑惑了。这是小孩子般的天真的问题，是数学家的心境。

原来彩虹的最高点是大约仰角42度，难怪彩虹这么大。把经过中心点的入射阳光为轴做绕轴旋转，就明白了彩虹为什么是个圆弧。当然这只是故事的一半，毕竟彩虹是由很多水珠折射而成的，不过我们略过不谈了。顺便透露鲜为人知的彩虹秘密: 彩虹不是存在于天空中的实体；它不过是您的幻觉。每个人看到的彩虹都是途经不同水珠折射而成，所以您的彩虹是您独有的，和我所见的不是同一个彩虹！美丽。虚幻。

现在让我们走马看花，看看大自然的其他美丽景色，和与其对应的数学美。

您看，闪电是多么的夺目。您有没有想过，闪电劈下来时，其直径有多大？把闪电简化成圆柱，用高斯定理可以估计其半径为6m。

Source: http://objsam.files.wordpress.com/2009/04/6.jpg

您喜欢看云吗？上图的云层叫做mammatus formation，别有一番特色。云层和水流一样都是流体动力学的研究课题，其中牵涉偏微方程的Navier-Stokes equation。大自然中很多现象都可以用偏微方程来描述，比如说波动方程可以用来描述水流。

KdV方程描述弱非线性回复力的浅水波。

还有，您有没有想过为什么有些鸟类组成V字形的队伍飞行呢？这也是流体动力学的运用。集体飞行的方式对了，飞行能省更多力，飞得更远。简单来说，当鸟类向下扑打翅膀时，翼尖部分附近会产生一股上升气流。每一只在编队中飞行的鸟利用了邻近它的另一只鸟所产生的这股上升流，从而减少消耗能量。

最后，我引用几句话来总结:

Some people think that this kind of understanding “spoils” the emotional experience. I think this is rubbish. It demonstrates a depressing sort of aesthetic complacency. People who make such statements often like to pretend they are poetic types, wide open to the world’s wonders, but in fact they suffer from a serious lack of curiosity: they refuse to believe the world is more wonderful than their own limited imaginations. Nature is always deeper, richer, and more interesting than you thought, and mathematics gives you a very powerful way to appreciate this. －Ian Stewart in his "Letters to a Young Mathematician".

转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自王元君科学网博客。
链接地址：https://m.sciencenet.cn/blog-278768-242829.html

上一篇：探索黑洞 (1)
下一篇：心系星：天文的人生启示