廣西融水縣三防鎮(zhèn)本洞村沙街
山中居隱素殷勤,
遷住平陽潤庶民。
巧奪天工筑舍宇,
妙將地利建巢營。
金房遍布多晶孔,
玉室密鋪似亮星。
結(jié)構(gòu)暗藏高智慧,
震驚多少數(shù)學(xué)人。
這首詩是贊揚蜜蜂巧建巢房而作,蜜蜂建房本是用于貯蜜、儲糧和哺育后代的需要,然而,小小的蜂房卻隱藏著鮮為人知的驚人智慧和高超的建筑技術(shù)。
早在18世紀(jì)初葉,法國數(shù)學(xué)家克尼格、科學(xué)家馬拉爾奇、物理學(xué)家列奧繆拉、蘇克蘭數(shù)學(xué)家麥克勞林等,繼埃及數(shù)學(xué)家巴普士研究過的有關(guān)蜂房結(jié)構(gòu)問題,做了更深入細(xì)致的研究、觀測和計算。馬拉爾奇解剖了數(shù)以千計的蜂房,最終得出這樣一個結(jié)論:蜂房是由許多連續(xù)緊湊、排列整齊的正六棱柱形的空心房孔所組成,房孔底部由三個全等的棱形構(gòu)成,每個棱形的兩個鈍角均為109°28′,兩個銳角均為70°32′。經(jīng)反復(fù)核實后,馬拉爾奇發(fā)表了一篇論文,將這一有趣而又十分科學(xué)的數(shù)據(jù)公布于世。
這篇論文驚動了法國著名數(shù)學(xué)家、巴黎科學(xué)院院士克尼格,他經(jīng)過一系列的精密計算之后,得出了另外一個結(jié)果:要使蜂房既省料又寬敞,鈍角應(yīng)為109°26′,銳角為70°34′。與馬拉爾奇的計算結(jié)果相差各2′??四岣窠?jīng)過反復(fù)核實之后,也公布了這一結(jié)論。
兩年之后,一場悲劇發(fā)生了。一艘輪船在大海中航行,觸礁遇難,僅水手獲救,其余全部沉沒。原因是船長用與克尼格相同的對數(shù)表,計算航道經(jīng)緯度行船,結(jié)果使船遇難。消息傳到了克尼格那里,使他大為震驚,于是重新核對原稿,發(fā)現(xiàn)在引用反三角函數(shù)時,對數(shù)表的數(shù)值確實有差錯。經(jīng)過重新計算及修改后,得到的正確答案是:鈍角109°28′,銳角70°32′,與蜂房的角度完全一致,更進一步證明了蜂房結(jié)構(gòu)確實最科學(xué),克尼格自嘆不如。
物理學(xué)家列奧繆拉和其他科學(xué)家們在蜂房結(jié)構(gòu)的研究中得到啟迪,并以明確的數(shù)學(xué)邏輯證明:在連續(xù)緊湊排列的空心柱體中,正六邊形的周長最短,也就是正六棱柱形房孔的房壁面積最小。而且,每個房孔的六個房壁又各為周圍相鄰的六個房孔的一個房壁。房底的三個棱形又各為另一面三個房孔的底面。房壁很薄,除房口稍厚外,其余厚度均不足1/16 mm。這種一房多孔,一孔多壁,一壁多用的優(yōu)化建筑,是目前世界上任何一種動物都做不到的。用科學(xué)的態(tài)度去分析和計算,蜜蜂每分泌1kg蜂蠟,建成房孔大約153800多個,可以貯藏蜂蜜40kg,容量是建材的40倍以上。由此可見,蜂房的巧妙結(jié)構(gòu)使其用材最省房孔最寬敞,充分利用空間,是容量最大最堅固的科學(xué)建筑典范。
蜜蜂建房,竟有如此絕妙的聰明才智,自然是出自蜜蜂本身固有的本能。這些本能曾使幾百年來的科學(xué)家和建筑師們驚嘆。馬克思和達(dá)爾文都曾贊嘆過這種本能。
我國數(shù)學(xué)家華羅庚、陳景潤,昆蟲學(xué)家劉崇樂等都研究過蜂房的結(jié)構(gòu),華羅庚利用理論數(shù)據(jù)結(jié)合蜜蜂身長、體圍、泌蠟等多種因素,反復(fù)研究、測試、論證,證明蜂房結(jié)構(gòu)與蜂體、泌蠟需要現(xiàn)實環(huán)境、特定條件等各種關(guān)系的統(tǒng)一性。并發(fā)表了一篇題為《談?wù)勁c蜂房結(jié)構(gòu)有關(guān)的數(shù)學(xué)問題》的文章,其內(nèi)容闡述了蜂房結(jié)構(gòu)中的不少精奧和高深數(shù)據(jù),更進一步證明了蜂房結(jié)構(gòu)的科學(xué)性。華羅庚認(rèn)為:蜂房結(jié)構(gòu)不僅如此,還有很多的奧秘尚未揭曉,有待人們?nèi)ソ饷?,因為蜜蜂的驚人智慧,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了人們的想象。華羅庚還填了一闋詞,叮囑后人繼續(xù)研究蜂房之秘,詞曰:“往事幾百年,祖述前賢,瑕疵訛謬盈篇,蜂房秘奧未全揭,待咱向前”。