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標題: 令人稱奇的自然分形圖案 [打印本頁]

作者: freegold 時間: 2012-6-1 13:22:11 標題: 令人稱奇的自然分形圖案

令人稱奇的自然分形圖案

羅馬花椰菜（Romanesco Broccoli）
　　這種花椰菜的變種形式是一種極限分形蔬菜。它的圖案是斐波納契（Fibonacci）黃金螺旋的自然呈現形式，在這個對數螺旋中，每一個直角轉彎與起始點的距離都被Φ值所約束，Φ值即黃金分割率。
　　鹽灘（Salt Flats）　　
　　

　　上圖中的舊金山灣（San Francisco Bay）鹽灘曾經出產瞭將近一個世紀之久的商品鹽。
　　下圖展示瞭世界上最大的鹽灘，即位於玻利維亞南部的烏尤尼巖沼（Salar de Uyuni）。結痂的鹽層展現出一種非常一致的隨機圖案模式，這就是分形的特徵。　
　　

　　菊石縫合線（Ammonite Sutures）　
　　

　　已經滅絕瞭6500萬年之久的菊石是一種帶有多室螺旋狀外殼的海洋頭足類動物，其小室之間的阻隔即縫合線就是一種複雜的分形曲線。斯蒂芬·傑·古爾德（Stephen Jay Gould）曾以菊石縫合線隨時間的複雜性來論證不存在向著更高複雜性方向發展的進化驅動力，人類的出現是一個「壯麗的偶然」，在宇宙中獨一無二。
　　

　　和羅馬花椰菜一樣，菊石外殼也會按照對數螺旋的方式生長，這種生長模式在自然界中頗為常見。　　
　　

　　西班牙巴塞羅那一處教堂樓梯的設計靈感就來自於菊石
　　山脈　
　　

　　地質構造作用力向上抬升地殼，侵蝕再將地殼撕得支離破碎，山脈從此形成，同時也產生瞭分形圖案。
　　上圖是喜馬拉雅山脈（Himalayan Mountains）的高空圖像，地球上許多最高的山峰都集中在這一帶。造山運動始於7000萬年前，隨著印度板塊和歐亞大陸板塊的不斷碰撞，喜馬拉雅山脈還在被抬升。
　　蕨類植物（Ferns）
　　

　　蕨類植物是最常見的自相似集合，這意味著不管放大或縮小多少倍，它們的圖案都可以進行數學上的推導和重現。這種蕨類圖形被稱為巴恩斯利蕨，是以首創者邁克爾·巴恩斯利（Michael Barnsley）的名字命名的，用於描述這種分形圖形的數學公式第一次表明，雖然混度遵循建立在非線性迭代方程上的確定規則，但它天生無法預測。換句話說，就是重複利用巴恩斯利蕨類公式所產生的隨機數可以形成一個蕨類形狀的獨特物體。
　　

　　雲彩　　
　　

　　上圖中的海洋層雲（stratus clouds）圖是水文氣象衛星（Aqua satellite）在遠離非洲海岸的大西洋上所拍攝的照片，圖中分形狀的雲彩圖案被一系列的對角線槽所擾亂。據NASA地球大觀（NASA Earth Observatory）網站介紹，在連續的成雲區看到如此醒目的分界線特別不同尋常，科學傢還在尋找出現分界線的真正原因。
　　下圖展示的是長達320公裡的雲旋（cloud vortex），NASA的相關記錄顯示，這是有史以來所拍攝到的最長雲旋隊列。為瞭紀念已故的流體動力學傢西奧多·馮·卡門（Theodore von Karman），這些雲旋也被稱為馮·卡門雲街（von Karman cloud streets）。
　　當低垂的雲層被島嶼一類的物體所阻礙時就會形成雲街，飛機在飛行時機翼後方的氣流也會形成類似的漩渦。　
　　

　　樹葉　　
　　

　　很多植物在生成分枝形狀和葉片圖案時遵循簡單的遞歸法則。
　　具有諷刺意味的是，沿著主幹道、次級幹道和三級道路的森林砍伐模式也形成瞭相似的圖案，下面這幅照片拍攝的是巴西西部朗多尼亞州（Rondonia）的森林砍伐，朗多尼亞州是亞馬遜森林被砍伐最多的地區之一。　　
　　

　　峽谷　　
　　

　　上面這幅大峽谷（ Grand Canyon）的偽彩色照片展示瞭科羅拉多河（Colorado River）幾百萬年的沖刷所形成的分形圖案，圖中的紅色是植被區域。
　　下面這幅偽彩色照片拍攝的是亞利桑那州的謝伊峽谷國傢保護區（Canyon de Chelly National Monument），美國國傢公園管理局（National Park Service）宣稱該峽谷保護區是北美地區最長的連續人居景觀之一。　
　　