正六角形的建築結構,密合度最高、所需材料最簡、可使用空間最大,其致密的結構,各方受力大小均等,且容易將受力分散,所能承受的沖擊也比其他結構大。
蜂窩--自然界最經濟有效的建築
達爾文贊嘆蜜蜂的巢房是自然界最令人驚訝的神奇建築。巢房是由壹個個正六角形的中空柱撞房室,背對背對稱排列組成。六角形房室之間相互平行,每壹間房室的距離都相等。 每壹個巢房的建築,都是以中間為基礎向兩側水平展開,從其房室底部至開口處有13°的仰角,是為了避免存蜜的流出。另壹側的房室底部與這壹面的底部又相互接合,由三個全等的菱形組成。此外,巢房的每間房室的六面隔墻寬度完全相同,兩墻之間所夾成的角度正好是120度,形成壹個完美的幾何圖形。人們總是疑問,蜜蜂巢室為什麼不呈三角形、正方形或其他形狀呢?隔墻為什麼呈平面,而不是呈曲面呢?
其實,早在西元前180年,古希臘數學家Zenodorus證明出:
(1).周長固定的n邊形,以正n邊形的面積最大。而且n越大,面積越大。
(2).周長固定時,圓面積大於所有正多邊形。
古埃及人也早就知道,唯有正三角形、正方形、正六邊形,能各自鋪成壹平面。
1712年瑞士數學家Samuel Konig 在博物學家Reaumur的請托下,證明出:給訂正六角柱,底部由三個全等菱形組成,最省材料的做法是,菱形兩鄰角分別是109°26' 和70°34',如此在固定容積下,可有最小表面積。而蜜蜂巢室底部的菱形兩鄰角分別是109°28' 和70°32',和Samuel Konig的理論證明結果僅差2'而已。
最近(1999年9月)加拿大『環球郵報』科學記者德服林撰文報導說:「經過1600年努力, 數學家終於證明蜜蜂是世界上工作效率最高的建築者。美國數學家 黑爾 宣稱,他已解決“蜂窩猜想”。四世紀古希臘數學家貝波司提出,蜂窩的優美形狀,是自然界最有效經濟的建築代表。他猜想,人們所見到的、截面呈六邊形的蜂窩,是蜜蜂采用最少量的蜂蠟建造成的。他的這壹猜想稱為“蜂窩猜想”,但這壹猜想直至1999年才由 黑爾 證明。
雖然蜂窩是壹個立體建築,但每壹個蜂巢都是六面柱體,而蜂蠟墻的總面積僅與蜂巢的截面有關。由此引出壹個數學問題,即「尋找面積最大、周長最小的平面圖形」。西元1943年,匈牙利數學家陶斯巧妙地證明,在所有首尾相連的正多邊形中,正多邊形的周長是最小的。但如果多邊形的邊是曲線時,會發生什麼情況呢?陶斯認為,正六邊形與其他任何形狀的圖形相比,它的周長最小,但他不能證明這壹點。而黑爾在考慮了周邊是曲線時,無論是曲線向外突,還是向內凹,都證明了由許多 正六邊形組成的圖形周長最小。
最傑出的建築師——蜜蜂
蜜蜂的蜂巢造型奇特,結構巧妙,可謂巧奪天工,很早就引起了科學家們的濃厚興趣。
蜜蜂為自己造「房子」,它們是世上最傑出的建築師。
蜂巢結構
蜂巢的基本結構,是由壹個個正六角形單房、房口全朝下或朝向壹邊、背對背對稱排列組合而成的建築物。每壹房室大小統壹、上下左右距離相等;蜂房直徑約0.5公分,房房緊密相連,整齊有序,仿佛經過精心設計。
當氣候炎熱、蜂巢內溫度高升時,工蜂會在蜂巢入口的地方,鼓動翅膀搧風,使巢內的空氣流通,因而變為涼爽。
由於蜂蠟色白、質地柔軟;因此,建造成的蜂巢,是呈半透明乳白色;經風乾後,逐漸變黃變硬。
據估計,工蜂分泌1公斤的蜂蠟,需要消耗16公斤的花蜜;而采集1公斤的花蜜,蜜蜂們必須飛行32萬公裏才得以完成;相當於繞行地球8圈的距離。因此,蜂蠟對蜜蜂而言,是寶貝珍貴的。
科學家們研究發現,正六角形的建築結構,密合度最高、所需材料最簡、可使用空間最大。因此,可容納數量高達上萬只的蜜蜂居住。
這種正六角形的蜂巢結構,展現出驚人的數學才華,令許多建築師們自嘆不如、佩服有加!
蜜蜂是宇宙間最令人敬佩的建築專家。它們憑著上帝所賜的天賦本能,采用「經濟原理」——用最少材料(蜂蠟),建造最大的空間(蜂房)——來造蜜蜂的家。
當代著名生物學家達爾文(Darwin, 1809-1882)(文獻)說:「如果壹個人在觀賞精密細致的蜂巢後,而不知加以贊揚,那人壹定是個糊塗蟲。」
古希臘數學家帕普斯(Pappus of Alexandria, 300~350BC)對蜂巢精巧奇妙的結構,作了細微的觀察與研究。他在《數學匯編》(Mathematical Collection) 著作中寫道:「蜂巢到處是等邊、等角的正多邊形圖案,非常勻稱規則。」
蜜蜂憑著上帝賦予它的智慧,選擇了角數最多的正六邊形。用等量的原料,使蜂巢具有最大的容積,因此能容納更大數目的蜂蜜。
換言之,蜂巢不僅精巧神奇,而且十分符合現實需要,是壹種最經濟的空間架構。
蜜蜂建造的蜂巢,真是令人贊嘆的天然建築物。早在18世紀初,法國天文學家馬拉爾地(Maraldi)(文獻)親自動手測量了許多蜂巢,發現每個蜂巢的孔洞和底部都是正六稜柱狀。
如果將整個蜂巢底部分為三個菱形截面,則每個銳角和每個鈍角的角度相等(銳角約為72°、鈍角約為l09°)。
更令人驚奇的是,蜜蜂為了防止存蜜外流,每壹個蜂巢的建築,都是從中間向兩側水平展開;每個蜂房從內室底部到開口處,都呈現13 o的仰角。
歷史上,蜜蜂的智慧也引起了著名天文學家克普勒(Kepler) (文獻)指出:「這種充滿空間對稱蜂巢的角,應該和菱形十二面體的角壹樣。每個正六稜柱狀蜂巢的底,都是由三個全等的菱形拼成的,而且每個菱形的鈍角都等於109o28’,銳角都等於70o32’。」
十八世紀初,法國科學家雷安姆氏(Rene de Reaumur, 1683-1757)(文獻)猜測:「用這樣的角度建造起來的蜂巢,壹定是相同容積中最省材料的建構法。」
蜂巢的六角形是最致密的結構,各方受力大小均等,且容易將受力分散。
美國B-2隱形轟炸機的機體元件,多采用三明治結構,即在兩塊高強度薄板間,膠合密度甚低的蜂巢層,使機體強度增高、質量減輕。
發動機的噴嘴是深置於機翼之內,呈蜂巢狀,使雷達波只能進、不能出。
鉛筆中的石墨是由碳原子,排成六角形蜂巢狀的薄片組成。如果重新組合這些碳原子,就可以變成鉆石。
無論是大至「蜂巢戰艦」(Hive frigate)或小至「蜂巢式行動電話」(Cellular mobile phone),其靈感無不來自於蜂巢之結構。
智慧的王所羅門的箴言:「智慧在街市上呼喊,在寬闊處發聲。」(箴1:20) 所羅門的智慧是前無古人、後無來者的智慧,他的智慧是向 神祈求而得,是 神樂意賞賜的。
道成肉身的耶穌基督,他是比所羅門更有智慧的主。他曾在人類的歷史中行走了三十三年半,他是「最傑出的智慧工蜂」其智慧的來源;因為,耶穌基督就是 神的智慧。
「敬畏耶和華,是智慧的開端;認識至聖者,便是聰明。」(箴9:10)
「智慧人積存知識;愚妄人的口速致敗壞。」(箴10:14)
如果,世上最傑出的建築師——蜜蜂的生命是 神創造的傑作;萬物之靈、擁有上帝形像樣式的人,豈不更應該認識這位宇宙萬物智慧源頭——上帝,他是創造主,是獨壹的真神。