用一根一维的直线,能否折叠出一个宇宙?答案也不是完全没有可能。1899年,数学家皮亚诺就做过这样的数学演算,他将一个大正方形均匀地分成九等分,随后再用一根线连接所有小正方形的中心,这样就可以得到一个Z形曲线,然后再将每个小正方形,分成九等分,再连接每个小正方形的中心点,以此类推,大正方形就会变成一个二维的面,这就是著名的数学定律“皮亚诺曲线”。而在一年后,同样闻名于世的数学家希尔伯特,他也在皮亚诺曲线的基础上,提出另一种线。
他将正方形四等分,随后用线连接中心点,得到一个U形曲线。然后对每个小正方形重复以上的操作,直至于无穷。这就是“希尔伯特曲线”,它和皮亚诺曲线一样,都能得出同一个结论,但同时也让人类开始细思极恐,为什么一维的线条突然间就能变成二维的平面,这背后到底存在什么样的宇宙规律?所以倘若条件足够充分的话,那一根线是否真的能折叠出一个宇宙呢?
随着一根线被折叠出一个平面,人们逐渐意识到,在整数的维度之间极有可能还存在非整数的数维,于是分形学的种子就此萌发。简单来说就是,自然界中可能存在大量的分形结构,就比如雪花,放大之后还能看到更小的雪花,而树杈之中还有更小的树杈,俄罗斯套娃之下,还有更小的套娃。分形结构的神奇之处就在于,无论人类提取哪一个局部,它都能包含整体的信息,科学家们也将其视为万物的终极密码。
1904年,数学家科赫提出一种全新的曲线,它完美的呈现出分形结构的核心。数学家科赫将一条直线分成三分,然后每条线段中部突出一个三角形,以此类推,线段都重复以上的操作。由于每次分形,线段的总长度都会增加近一倍,这也就意味着,如果分形的次数达到无穷,那么有限的图案也将会拥有无限的边长。而且令人匪夷所思的是,科学家发现,科赫曲线的维度并非一个整数,而是1.26维度。这个数据彻底颠覆了人类对宇宙的认知!
事实上,科赫曲线得出的1.26维度,也是人们常说的拓扑维度。三维空间需要三个变量才能确定方位,而二维空间只需两个变量,就比如地球,是一个近似于曲面的二维空间,所以我们一般只需要经度和纬度便可确定具体方位。目前来说,1.26就是分形结构特殊的数学性质。科赫曲线明明只是一条直线,但它却是一条可以拥有无限细节的直线,这也就直接导致它从一维空间,直接跃升到1.26维。
所以人们就可以得出一个大胆的结论,那就是分形可以为物体增加额外的维度,一条线可能会变成一个平面,也可能变成一个立体空间,然后再变成一个四维空间、五维空间,总之无穷无尽。或许你可能觉得这不过是数学家们的纸上游戏,但自然界中奔腾的河流、美丽动人的冰晶,甚至是作为食物的花椰菜,它们都存在分形结构,这并非大自然的巧合,而是事物演化的必然结果。而且,就连人体的血管和肺泡组织的分布,都遵循着分形原则。所以不要拘泥自己的想象力,或许一切皆有可能!