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神奇的建筑师蜜蜂（第1页）

神奇的“建筑师”蜜蜂

大家知道蜜蜂营造的蜂房实际上是奇妙的数学图形吗?十八世纪初，法国学者马拉尔奇测量了蜂房，发现从正面看上去它是镶嵌得天衣无缝的正六角形，蜂房的底都是由三个全等的菱形组成的，每个蜂房的容积差不多乎都是O．25立方厘米，蜂房壁的厚度为0．073毫米．这样既坚固又省料，而且误差非常小。

不仅是蜂房的空间结构呈现非常精美的几何形状，而且据巴黎科学院院士、瑞士数学家克尼格与苏格兰数学家马克劳林的理论计算，这种结构可以消耗最少的材料和最少的“工时”，能够以最少的材料获得最大的居住空间，而且能够以单薄的材料获得最大的强度。众所周知，对于正方形、正三角形和正六边形来说，如果面积都相等，那么正六边形的周长最小，这意味着蜜蜂选择建筑六角柱巢室，相比建正方形或正三角形为底的棱柱巢室，能够以较少的蜂蜡和较少的工作量围出尽可能大的空间，以便储存更多的蜜。蜜蜂的行为竟然符合最优化的数学原理，简直令人不可思议!

科学家们曾经做过一些有趣的试验，发现蜜蜂还有自己的“模糊数学”，每日清晨，当太阳升起在地平线30°时，蜜蜂中的“侦察员”就会飞出侦察蜜源，返回之后就用“舞蹈语言”告诉花蜜的方位、距离、数量，于是蜂王便“派遣”工蜂出去采蜜，神奇的是它们的“模糊数学”非常准确。派出的工蜂数量适当，刚好都可以吃饱回巢酿蜜。除此此外，一个蜂群一昼夜能盖起数万间蜂房，可以称得上是卓越的建筑师。

蜜蜂没有像人类一样学过镶嵌理论、求解最大值和最小值方法、解线性代数问题和求含约束条件的最优解的艺术，但是它却真真切切地进行了奇妙的符合数学原理的工程技术创造。

人们从蜂巢工艺得到许多启示，设计出许多质轻、耐用、隔音、隔热的“蜂房结构”，广泛运用于飞机、火箭和建筑工程上。所以把蜜蜂是数学家、建筑师和高超的工艺师，并不夸张。

那么，我们不禁疑问，蜜蜂用数学忙些什么呢？

“蜜蜂们依靠某种几何学上的预见，知道六边形大于正方形和三角形，可以用同等一些材料储存更多的蜜。”科学家亚历山大的帕帕斯说

蜜蜂没有学过镶嵌理论，圆形织网蛛也没有学过对数螺线。然而就像自然界中的许多事物一样，昆虫和兽类的建筑往往可以用数学方法进行分析。自然界采用的是最有效的形式——只需花费最少能量和材料的形式。证实这一点把自然界和数学联系起来的吗?自然界掌握了求解极大极小问题、线性代数问题和求出含约束问题最优解的艺术。

蜜蜂所拥有的另一样迷人的“工具”是“罗盘”。蜜蜂的定向受到地球磁场的影响。它们可以探测到地球磁场中只有灵敏磁强计才能辨别的微小涨落。这就是为什么一群蜜蜂在占据一个新的地点时能够在这新领域的不同部分同时开始建筑蜂房，而且不需要任何蜜蜂领导着它们的原因。因此蜜蜂都按照与旧蜂房相同的方向为它们的新蜂房取向。

蜜蜂巢室排得很紧密，蜜蜂已经用半菱形十二面体将端处盖好。除此之外此外，蜜蜂所建室壁的斜度是13°，这样能够防止蜂蜜在端顶被蜡帽封盖前流出。

通信联络是蜜蜂的又一个令人感兴趣的能力。工蜂经过长途侦察回到蜂房时，以“跳舞”的形式发出一串代码，表明它们找到的食物源的方向。它们可以传达食物的方向和距离。跳舞相对于太阳的定向提示食物的方向。跳舞的持续时间则指出距离。同样令人惊讶的是，蜜蜂“知道”两点之间的最短距离是直线。或许这是“蜂线”这一术语的可能来源。

工蜂在花间随意来去而采集到大量花蜜后，它们知道利用最直接的路线回到蜂房。蜜蜂是通过它的遗传密码获得数学训练的。从数学的观点分析自然界的各个方面，是一件非常有趣的事情。