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世间最神秘的三个数字(九)

格式:DOC 上传日期:2023-04-18 00:31:46
世间最神秘的三个数字(九)
时间:2023-04-18 00:31:46     小编:

鹏飞:“还记得那个让你惊奇的等式吗?”

皓天:“是说欧拉的 +

+ +…= 吧?”

鹏飞:“对,更神奇的是1+ + + +…+ =e。”

皓天:“又是神一样的表达!干脆写成e= + + +

+…+ +…全体自然数阶乘的倒数和居然就是e――真乃大自然也!”

鹏飞:“还有更奇妙的,y=ex的导数仍然是它自身!”

皓天:“这有啥奇妙的?没看出来。”

“在所有函数当中,唯有这个函数具有这一奇妙性质,这就导致大自然的许多规律和现象都会遇到e。我们讨论过,人的感觉是以物理强度的几何级数,动植物的生长繁衍也是以几何级数方式进行的。”

“比方说……”

“一个地区的某种生物,在外界环境稳定的条件下,繁殖率k也一定,于是一小段时间dt内新出生的个体数dw一定与该生物总数成正比,即dw = kwdt,这个式子变形后可得:kdt = ,由积分就可得:kt = lnw + c,开始时即t =0时,设生物总数为w0,则c = -lnw0,即:kt = ln ,再写成指数形式就是:w = w0ekt。植物、动物、人口,以及生物个体的生长发育在一定阶段,都是以这个方式增长的。”

皓天:“我上网搜一下‘胎儿体重增长标准’ ……哈!还真是的,16周内胎儿体重就是按指数规律增长的,大约每周增加1倍。可为什么以后就不再按照这一规律了呢?马尔萨斯预言的人口增长理论也是这个规律,事实是不可能的,即使不实行人工干预,人口也不会无限增长。就像我自己,15岁以后几乎没见长,人到老的时候还会缩,就像你鹏飞,看起来比以前好像还矮了些。”

鹏飞:“事物的发展都有促进和抑制两方面,是矛盾对立斗争的结果。胎儿在前几周内抑制因素较弱,主要是细胞的分裂生长,细胞这一变两、两变四地只分裂不衰败,当然是指数式生长了。但到了后期,空间、营养及细胞老化等抑制因素逐渐占了上风,而且胎儿的成长模式也发生了转换,主要转向器官功能完善方面了,体重增加自然就慢了。”

“辩证法都用上了啊。看来任何新生事物在发展壮大期都是指数式增长。一棵小草的发芽如此,春天一片草地的生长理所当然也如此。胎儿如此,人口在早期无限制的增长也会像马尔萨斯预言的一样快速增长。个体与整体的发展是相似的,看来相似性处处存在。”

“老子《道德经》第四十二章说道:‘道生一,一生二,二生三,三生万物’。‘道’是世界的本源,宇宙从无中产生了混沌或太一,这‘一’又一分为二,‘二’就是矛盾对立的两方面。阴阳两方面斗争的结果就产生了新生事物――第三者,如此便产生了万物。”

皓天:“看来这e的发现应归功于老子,哈哈!那么事物衰败的模式也应该是指数式缩减咯?”

鹏飞:“放射性元素的衰变规律还记得吗?”

皓天:“是个统计规律,有个半衰期τ,每过一个半衰期,放射性元素减少一半,经过时间t,原来m0的放射性物质只剩下m = 。咦,这里怎么没有e呢?”

鹏飞:“可以这样来考虑,假设单位时间内单位质量的放射性物质有k个单位的质量衰变了,k显然小于1,则一小段时间dt内放射性物质减少了,其质量增加量dm = -kmdt,将该式变形后,与刚才得到的式子差不多: = -kdt,积分后可得:m = m0e-kt,当m = m0时,t就是半衰期τ,所以:τ = ,看到吗?所有的指数规律都与e有关。”

皓天:“如果我们把事物壮大的规律y = ex 和衰败规律y = -ex 画在同一个图上,会非常对称。”

鹏飞:“你知道把这两个函数相加是什么吗?”

皓天:“代表新旧事物的更替演化过程呗!”

鹏飞:“y = ex + e-x 恰好就是一根悬挂的链子具有的形状。”

皓天:“链子一端悬挂下垂,慢慢地另一端又挂上去,正好代表了新旧事物的更替。”

鹏飞:“悬链线蕴含了辩证法,展示了事物发展演化的形象。我再考考你,以前和你谈到鹦鹉螺长的形状与e也有关,你知道它的曲线方程是什么吗?象牙、野猪的獠牙、向日葵果盘上的纹路又是什么曲线?”

皓天:“这个……”

鹏飞:“换个问题吧:一根1米长的橡皮绳,假设可以被无限均匀拉长而不会断,每秒被拉长1米。一只小虫子从一端开始,相对绳子以1厘米/秒的速度匀速爬向另一端,小虫能爬到头吗?如果不能,为什么?如果能,那需要多长时间?给你一个月的时间思考。”

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