你注意過嗎？在大自然中，螺旋幾乎無處不在，從銀河系之外的宇宙到颶風(fēng)，從爬藤植物的藤蔓到薊、菠蘿、松果的外皮，從鸚鵡螺殼上的螺旋花紋到向日葵的種子排列，從人體的細(xì)胞結(jié)構(gòu)到菜花的花朵的：和果實這些美麗的形狀具有一種神秘的規(guī)律性，與周圍雜亂無章的世界形成了鮮明的對照。

　　幾百年以來，數(shù)學(xué)家們已經(jīng)識別出多種不同的螺旋，其中有些名字非常古怪。然而，最令人不解的是：螺旋形在自然界中反復(fù)出現(xiàn)。自然界為什么能夠存在如此精確有序的結(jié)構(gòu)?比如，為什么向日葵的種子按照嚴(yán)格的數(shù)學(xué)規(guī)律排成螺旋形?菊石(一種古生物化石——本報注)是怎樣“知曉”阿基米德螺旋并這樣把自己卷起來的?颶風(fēng)為什么能成為一個直徑達(dá)數(shù)百英里的巨大螺旋? 

　　雖然人類已經(jīng)研究了成千上萬年，自然界的螺旋結(jié)構(gòu)仍然蘊(yùn)藏著許多秘密。擺在我們眼前的例子就是：我們手指和腳趾上那些熟悉的螺旋形紋路是怎樣形成的? 與單一形式的DNA“指紋”不同，真正的指紋千差萬別，就算是同卵雙胞胎也彼此不同。然而，是什么決定了指紋的形狀?這一形狀能夠預(yù)測嗎?一種看法認(rèn)為，這些螺旋形是創(chuàng)造我們皮膚的生物化合物在集中時產(chǎn)生的凹凸?？茖W(xué)家自50年代就已經(jīng)知道，某些化合物在結(jié)合時會形成復(fù)雜的形式，而不是光滑、統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。也許，指紋就是一個例子。  

　　最令人不解的是：螺旋形在自然界中反復(fù)出現(xiàn)。自然界為什么能夠存在如此精確有序的結(jié)構(gòu)? 

宇宙的螺旋

　　在較為溫和的天氣現(xiàn)象中可以看到促使螺旋形成的力，這種力使赤道以北的低壓系統(tǒng)逆時針自轉(zhuǎn)，南半球的情況則正好相反。人們通常都認(rèn)為，就連抽水馬桶的漩渦也是相似原因形成的。

　　對于航空公司來說，事先考慮到科里奧利效應(yīng)當(dāng)然很有必要：一架試圖按直線從歐洲飛往美洲的大型噴氣式客機(jī)最終很可能會令人難堪地降落在目的地以北2000英里的地區(qū)。避免飛機(jī)在北極圈著陸的唯一辦法就是按照能夠補(bǔ)償?shù)厍蜃赞D(zhuǎn)效應(yīng)的螺旋形路線前進(jìn)。  

　　一級方程式賽車手們也懂得利用螺旋形的好處。對行車路線的研究表明，像杰基.斯圖爾特這樣的世界級選手都按照弧形路線前進(jìn)，因為弧線使他們能夠在盡量少減速的情況下通過轉(zhuǎn)彎處。這樣，他們就能夠加大進(jìn)入和駛出的速度。

　　然而，從解開螺旋之謎中受益最大的還是科學(xué)家。16世紀(jì)的天文學(xué)家尼古拉斯．哥白尼向世人表明，最能解釋火星、木星和土星有時出現(xiàn)“翻筋斗”式螺旋(這種現(xiàn)象稱作逆行運動)的是地球圍繞太陽運動，而不是相反。 

　　地球上最壯觀的螺旋也是最不受人歡迎的螺旋：颶風(fēng)。颶風(fēng)典型的螺旋形狀可以蔓延數(shù)百英里，再加上140英里的時速：其毀滅力相當(dāng)于10萬顆原子彈。這可怕的力量一部分來自太陽的熱，后者加劇了熱帶地區(qū)的蒸發(fā)作用，使大量熱能進(jìn)入大氣層。但是，颶風(fēng)的螺旋形狀卻來自科里奧利效應(yīng)：地球的自轉(zhuǎn)力往往使所有物體朝同一個方向運動。在熱帶，距赤道越遠(yuǎn)，科里奧利效應(yīng)越強(qiáng)；這種效應(yīng)把新形成的颶風(fēng)變?yōu)闉踉啤⒖耧L(fēng)和暴雨組成的濃密螺旋。

　　維多利亞時代的天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，水星的整個軌道都圍繞太陽運動，每300萬年就形成一個巨大的螺旋：愛因斯坦利用這一發(fā)現(xiàn)向世人表明，牛頓的萬有引力定律包含著一些小小的錯誤，只有他的相對論才能修正這些錯誤。 

　　從宇宙的范圍看，天文學(xué)家們希望弄清為什么80％的星系都是螺旋形。顯然，無所不在的引力起到了關(guān)鍵的作用，但到底它是怎樣把燦爛的星系雕刻成美妙螺旋的呢? 這仍舊是個謎。

植物的螺旋

　　許多植物屬于另一些更為復(fù)雜的螺旋結(jié)構(gòu)。它們(從松果到菠蘿)的莖、皮和子實都顯示了奇特的螺旋規(guī)則，這些規(guī)則在數(shù)學(xué)上極為精確。例如，向日葵的種子都按螺旋形排列，一些呈順時針，一些呈逆時針。

　　植物學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在自然界中，這兩種螺旋結(jié)構(gòu)只會以某些“神奇”的組合同時出現(xiàn)。比如，21個順時針，34個逆時針，或34個順時針、55個逆時針。有趣的是，這些數(shù)字屬于一個特定的數(shù)字列：斐波納契數(shù)列，即1，2，3，5，8，13，21，34等，每個數(shù)都是前面兩數(shù)之和。

　　而螺旋線可以在你的花園里找到，比如一些爬藤植物。但是，這些生物是怎樣喜歡上數(shù)學(xué)的呢?對于爬藤植物來說，億萬年的進(jìn)化使它們呈螺旋形生長：它們在抓住其他結(jié)構(gòu)的同時盡可能使自己多接觸陽光。對于菊石來說，它們的外層生長得十分緩慢，這使它們在盤曲的同時穩(wěn)步增大中心與邊緣的距離。

　　植物怎么能“知道”這個深奧的序列呢?科學(xué)家為此苦苦思索了幾個世紀(jì)。迄今為止最好的解釋是1992年由兩位法國數(shù)學(xué)家伊夫·庫代和斯特凡尼·杜阿迪提出來的。他們證明，斐波納契數(shù)列使花朵頂端的種子數(shù)最多?！?/p>

動物身上的螺旋

　　這些螺旋也是自然界中最普通的螺旋。例如，6500萬年以前和恐龍一起滅絕的海洋生物菊石就是屬于阿基米德螺旋。另一種螺旋稱作對數(shù)螺線。菊石的現(xiàn)代親戚、生長迅速的鸚鵡螺，其外形就是一種巨大的對數(shù)螺線。

生命的螺旋

　　將近半個世紀(jì)以前，探索生命之謎的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了所有螺旋中最著名的一個：DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)，也就是人體每個細(xì)胞內(nèi)部的復(fù)雜的遺傳分子；這些分子中的代碼包含了建造、控制、維持生命機(jī)體所需的一切信息。

　　X光技術(shù)顯示，DNA分子是一種呈螺旋狀的階梯結(jié)構(gòu)，階梯的“欄桿”由碳水化合物和磷酸鹽構(gòu)成，“臺階”則由腺嘌呤、胸腺嘧啶、鳥嘌呤和胞嘧啶(簡稱A、T、C、G)四種基本的化學(xué)物質(zhì)結(jié)對而成。每個臺階都由同樣的化合物組合而成：A永遠(yuǎn)與T相配，C則永遠(yuǎn)與G相配。

　　科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種搭配方式能夠使DNA修正關(guān)鍵遺傳信息中的缺陷：如果附著在DNA一條單鏈上的四種化合物之一有缺損，檢查另一條單鏈上與之配對的化合物就可以將缺損化合物識別出來；于是，細(xì)胞復(fù)制出一個新的拷貝。從而減少了畸形的發(fā)生?！　?/p>

阿基米德螺旋

　　大約在2300年以前，古希臘時代最偉大的數(shù)學(xué)家阿基米德第一個發(fā)現(xiàn)了螺旋的能量和魔力。他在古代最出色的數(shù)學(xué)著作之一中解釋了這種結(jié)構(gòu)的特性，他的名字因此與兩種螺旋永遠(yuǎn)連在了一起。

　　阿基米德表明，他的第一種螺旋能夠用來解決一些長期存在的數(shù)學(xué)難題，但另一種螺旋卻有更多的實用性。這種稱作阿基米德螺旋泵的東西是一種圍繞一支圓筒向上的結(jié)構(gòu)。這種在技術(shù)上稱作螺旋線的形狀構(gòu)成了著名的阿基米德升水泵(一種內(nèi)裝螺旋“線”的圓筒形汲水裝置)的核心。這種水泵今天已得到廣泛使用，而螺旋線則有了其他許多實際用途，包括鉆頭、螺栓和螺絲釘?shù)取?/p>

　　這里只是將自然界的螺旋現(xiàn)象提出來并顯示給大家，其中有些問題的有了初步的答案，還有一些沒有研究清楚。一些最偉大的科學(xué)家都對解開螺旋的存在之謎興趣十足，這項工作為地理學(xué)和遺傳學(xué)等各個領(lǐng)域的突破開辟了道路。

　　祖先留給我們的這些螺旋之謎，正等待我們?nèi)ド钊胪诰蚝吞剿?。認(rèn)識大自然，了解螺旋是既有趣，又有意義的課題。