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尘世诡言

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第138章 分形的谢尔宾斯基地毯
( )杨士模教授和洪道师四处勘察实验室新址,来到了喜鹊村,在一座山坡的北面,堰塘的南面找到了一个地方,就是刘四叔认为的蔬菜大棚这里。我们都知道,山南水北为阳,山北水南为阴。一般的风水宝地都在青山绿水环绕的地方,譬如一般市中心位置,人口相对比较密集,这样的地方风水都比较好。因为人多,阳气就会比较旺盛,在阳气旺的地方生活,风水运势自然也会得到强化。杨教授的实验室为了尽量屏蔽电磁场和人类活动的影响,就建在了山北水南属“阴”的地方,并且把顶棚和四周都弄成了黑色。为了保密,还对外宣称这是蔬菜大棚。

胡克昊向杨士模教授打听实验室搬迁的情况,杨教授说道:“大棚搭建不久,存放在U市仓库的实验设备还没有搬过来。”

“实验全部都已经停下了?”胡克昊问。

“趁实验设备没有搬过来,场地宽敞,我最近又在做一种新的实验。怎么样,进来看一看?指导一下工作。”杨教授说。

杨教授把实验室的门帘拉开,胡克昊和刘四叔进入了实验室。杨教授经常做一些稀奇古怪的实验,外行不知道的人以为他不是做实验,而是在搞一些耍把戏。果然,胡克昊看见杨教授哪里是在做实验,分明是在加工产品。

房间里面有十几个人,分成了两组,一组在编制地毯,还有一组在打晒席!这杨教授也真是的,在U市废弃厂区的地下实验室里,他的实验要么是打子弹的实验,要么是养猫的实验,要么是打球的实验,他却说这些实验分别是电子双缝实验、薛定谔猫实验、分光镜及延迟实验,真是莫名其妙,有辱斯文。

刘四叔看见杨教授雇人编制的地毯,笑了:“杨教授,您雇人编制的这是什么地毯?这能叫地毯吗?到处都是洞,您卖给谁呢?”

“哈哈,醉翁之意不在酒,在乎山水之间也。我这地毯看似地毯,实际上又不是地毯,我另有用途,不是为了赚钱。”杨教授说道。

胡克昊仔细一看,只见这些地毯是一个正方形,把正方形分成九等份。成为一个九宫格,把最中间那个格子挖去。剩下的八个格子,每个格子又分成九等份,八个大格子中一共有七十二个小格子,再把八个大格子中心的那个小格子挖掉。剩下六十四个格子,每个格子又分成九等份,六十四个格子中一共有五百七十六个格子,再把六十四个大格子中心的那个小格子挖掉。剩下五百一十二个格子……以此类推,乃至无穷……

“杨教授,您这个千疮百孔的地毯要做到什么时候?在地毯上不断挖洞,最后这地毯不就没有了吗?”胡克昊问道。

“我这地毯不是普通的地毯,他有一个阳气的名字——Sierpinski地毯,读作谢尔宾斯基地毯。”杨教授说。

“杨教授,没想到您也落入俗套。本来您这地毯就是国产货,难道您给它取了一个外国的名字,它就成了进口高档货?”刘四叔揶揄到。

杨教授笑而不语。这实验室大棚建好以后,杨教授本想抓紧时间,找搬家公司把实验设备尽快搬进来。他有一天看见喜鹊村的妇女在村官贺书骏的带领下针织地毯,于是他就产生了灵感,要充分利用场地,在空旷实验室制造Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯。

胡克昊和刘四叔继续参观,看见几个篾匠在打晒席。在农村,打晒席很常见。技艺高超的篾匠把竹子划成很细的一寸宽的篾条,带皮的是青篾,没有皮的是黄篾。篾条可以编制很多农具,如背篼,如米筛,如箩篼,如簸箩(本作者般若簸箩中的簸箩二字即来源于此),如晒席。打晒席如同织布,无非就是把作为经纬线的篾条包括青篾和黄篾编制在一起。

棉纱编制在一起形成一块布,篾条编制在一起形成一块“竹子布”,也就成为晒席,农民可以用晒席晒麦子、晒谷子、晒玉米、晒花生、晒棉花。不过,大多时候晒棉花用笮笮,笮笮是用竹块和竹篾编在一起的东西,技术含量最低,小孩都可以编。晒席一般人编不来,需要请专门的匠人,这匠人就是“篾匠”。随着社会的发展,很多匠人都快消失,比如木匠、石匠、篾匠。如果这些匠人消失了,如何落实政府提倡的“工匠”精神?

刘四叔是农家行手,在他眼里,晒席就是一块“竹子布”,也就是夏天睡的竹席的扩大版。刘四叔看见杨教授打的晒席,不禁又哑然失笑:“您这个晒席的边界为什么弯弯曲曲的,您让人家怎么晒东西?”

胡克昊看见篾匠先打了一个等边三角形的晒席,啰嗦一下,这个晒席有三条边。篾匠把每条边分成三等份,以中间这一份为底,又编了一个等边三角形出来,现在这个晒席一共有十二条边。篾匠又把这十二条边的每一条分成三等份,以中间这一份为底,又编了一个等边三角形出来,现在这个晒席一共有四十八条边……如此以至无穷……

“杨教授,您这个雪花状的晒席又是什么来头?”胡克昊问道。

“杨教授肯定又要给这个晒席取一个洋气的名字,让它也变成进口货。”刘四叔揶揄道。

“不错,这个晒席的名字叫Koch晒席,读作科克晒席。晒席边上的曲线就叫Koch(科克)曲线,这些曲线构成了雪花曲线。”

“杨教授,我感觉您应该把它取名为苛刻晒席,您雇佣这些篾匠给您打晒席,对他们真的是太苛刻了!”刘四叔口无遮拦的说道。

杨教授并不恼怒,笑而不言。据杨士模教授解释,这些东西都是属于分形几何的范畴。传统意义下,我们都知道点是零维的,线是一维的,平面是二维的,立方体是三维的,鬼神、梦境、阴间所在的空间是四维的。它们都有一个特点,空间的维数是整数,而分形空间的维数可以不是整数,而是分数。根据杨士模教授织地毯和打晒席的实验,我们知道Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯的面积为0,长度为无穷,未封闭的Koch(科克)曲线也是面积为0,长度为无穷。一个没有面积却有无穷大长度的东西是一个怎样的存在,它的空间维度是多少?

我们也可以换种角度看维数:把线段放大两倍后,所得线段可以看成是2个原来线段叠加而成。把正方形放大两倍后,所得正方形可以看成是4=2的2次方个原来的正方形叠加而成。把立方体放大两倍后,所得立方体可以看成是8=2的3次方个原来的立方体叠加而成。所以,线段、正方形、立方体的空间维数分别是1维、2维、3维。

一般地,如果我们把集合E放大a倍,得到的新集合可以由a的d次方个集合叠加而成,则称集合E的分形维数是d。按此算法,不难得到立方体的维数是3维。或者可以这样计算,如果我们把集合E放大a倍,得到的新集合可以由b个集合叠加而成,则称集合E的分形维数是b的对数除以a的对数之商。把Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯放大3倍所得到的集合,可以看成是8个Sierpinski(谢尔宾斯基)地毯叠加而成,所以它的维数是log8除以log3等于1.8928。把Koch(科克)曲线放大3倍所得到的集合,可以看成是4个Koch(科克)曲线叠加而成,所以它的维数是log4除以log3等于1.2619。

这样一来,我们世界中很多东西都不再是整数的维数,如树木花草、山川河流、烟雾云彩、晶体的生长、分子的运动轨迹等等。为了研究这种具有自相似性的不规则曲线或形位,分形几何诞生了。1982年,Mandelbrot(曼德尔布罗特)创建和发展了分形几何。分形物体具有自相似的层次结构,局部与整体在形态、功能、信息、时间、空间等方面具有统计意义上的相似性。例如,一块磁铁中的每一部分都像整体一样具有南北两极,不断分割下去,每一部分都具有和整体磁铁相同的磁场。谢尔宾斯基地毯和科克曲线这种自相似的层次结构,适当的放大或缩小几何尺寸,整个结构不变,这正是分形的神奇之处。

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