黄金分割定律—宇宙常数

自然现象中存在大量黄金分割定律,如龙卷风、银河星系形状都是如此,这不是巧合,而是因为任何东西如果从中心出发,同比例放大,必然得到这样的形状。也许正是因为黄金分割反映了宇宙自身的一个常数,所以人类对黄金分割定律存在着特别的亲近感,所以哪个建筑、绘画有意无意满足了这个条件,它就会显得特别美,如《断臂的维纳斯》,它的身高和腿长的比率,腿和上身的比率,埃菲尔铁塔的尺寸都符合黄金分割定律。黄金分割定律也是华罗庚优选法采用的基础方法,黄金分割的比率大约是1:0.618。

那么黄金分割是如何确定的呢,这个比例为什么看起来顺眼呢?简单地讲,它的美感来自几何图形的相似性。

比如画一个符合黄金分割的长方形,它的长度是X,宽度是Y。如果我们用剪刀从中剪掉一个边长为Y的正方形(也就是图中灰色的部分),剩下来的长方形,长宽之比依然会符合黄金分割。

当然,我们还可以继续剪掉一个正方形(图中绿色的部分),剩下的长方形(图中透明的部分)的长宽依然会符合黄金分割的比例。

也就是说,如果我们这样不断地切下去,剩余部分都是成同一比例的。

黄金分割的这个比例很容易算出来。根据黄金分割上述的相似性质,我们可以很容易算出来X/Y的比例是1.618左右,更精确地讲,是√5加上1之后的和除以2,这是一个无理数,通常用希腊字母Ф来表示。

这是雅典卫城的帕特农神庙,它无论是在艺术史上,还是建筑史上地位都很高,如果你度量一下它正面的宽与高,正好符合我们所说的黄金分割。

除了帕特农神庙,埃菲尔铁塔等建筑的主要尺寸的比例,也正好符合黄金分割。

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黄金分割为什么漂亮?除了在几何上层层相似,这个相似性之外,它也反映了自然界的物理学特征。如果我们把刚才图中的长方形不断做切割,然后将每个被切掉的正方形的边用圆弧替代,就得到了这样一个螺旋线。由于这个螺旋线每转动同样的角度,得到的圆弧是等比例的,因此它也被称为等角螺线。

如果你对比这个螺旋线和下面的蜗牛壳,是否觉得很相似?

不仅蜗牛壳如此,龙卷风的性质乃至像银河系这样星系的形状都是如此。需要指出的是,这不是巧合,而是因为任何东西如果从中心出发,同比例放大,必然得到这样的形状。

类似的,《蒙娜丽莎》的主要结构部分也可以对应一条等角螺旋线。需要说明的是,无论是帕特农神庙的设计者,还是达·芬奇或者埃菲尔,他们都知道黄金分割,并且刻意使用了这个比例。

今天一般认为,算出黄金分割公式的是毕达哥拉斯,毕达哥拉斯学派的人在做正五边形和五角星的图形时,发现了黄金分割的比例。在正五角星中,每一个等腰三角形的斜边和底边的比例都是黄金分割1.618。

毕达哥拉斯认为,要产生让人愉快的音乐,不能随机在连续的音调中选择音阶,而需要根据数学上的比例设计。今天对耳蜗的解刨学研究发现,耳蜗的形状其实也是螺旋线的,和黄金分割的螺旋线非常吻合。这可能是按照黄金分割设定音律后,声音悦耳的原因。正是由于黄金分割反映了宇宙自身的一个常数,所以人类对黄金分割定律存在着特别的亲近感。

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