蜜蜂为什么喜欢正六边形

2021-01-02 10:11张清庭
小读者之友 2021年12期
关键词:六边形蜂窝数学家

张清庭

你见过蜂窝吗?你知道为什么它的每一个孔都是正六边形的吗?这个问题很早就被提出,但人们一直没有知晓答案。

蜜蜂是优秀的数学家

古希腊数学家佩波斯认为,蜂窝的优美形状,是自然界最有效劳动的代表。他猜想,蜂窝孔之所以是正六边形,是因为这可以使蜜蜂筑巢用到的蜂蜡最少。

他的这一猜想,被称为“蜂窝猜想”,是数学中最古老的问题之一,它被提出来后的1000多年里,无人能够将它证明。直到1999年,美国密歇根大学的数学家黑尔教授才真正做出解答。他得出的结论是:将一个平面分割成同等面积的区域,且具有最小周长的几何图形,是蜂窝状的正六边形。

那么,蜜蜂是怎么知道人类数学家千年来都找不到的秘密的呢?

蜜蜂被认为是非常聪明的。科学家声称,这种微小的昆虫可以计算出角度,甚至可以理解地球的圆度。不久前,它们被证明了可以成功判断0到6这几个数字的大小。虽然这点能力与人类相比,根本不值得一提,但是和那些神经元比它们多出千倍的其他动物比起来,它们的确是非常了不起的。这说明了蜜蜂是可以理解数学概念的,它们可以对工作量和努力程度进行判断,从而优化自身的付出。

蜂蜡比蜂蜜更难生产,所以用最少的蜡

我们人类一直在使用蜡,尤其是在丹麦,人均燃烧蜡烛量超过欧洲其他任何国家。每个丹麦人每年燃烧约6千克的蜡烛,这是相当多的。

蜜蜂一点也不像丹麦人,因为它们生产蜂蜡是很不容易的——生产1千克的蜂蜡需要消耗8千克的蜂蜜。显然,它们是知道这一点的,也知道如何进行优化(正如我们前面所说),所以它们在筑巢时,自始至终都在寻求一种方法尽可能用到最少的蜂蜡(来构建蜂窝孔)。在不断的进化当中,蜜蜂最终找到了方法——只有当它们将每一个蜂窝孔建造成正六边形时,使用到的蜂蜡才会最少。

蜜蜂选择小孔是因为大孔容易破裂

现在,我们知道蜜蜂可以优化蜡的消耗,并且它们具有这样做的智慧和能力。那么,为什么它们要将蜂窝孔建得较小而不是更大一点呢?毕竟,孔建得大的话是会进一步减少蜂蜡使用量的。难道它们失算了?

其实,蜜蜂之所以选择较小的孔,是为了让结构更坚固。蜜蜂在建造蜂窝的时候,都是从顶部开始,然后向下进行扩充。当一个孔装满蜂蜜时,蜜蜂就会用蜂蜡将其封住。整个蜂窝就是这样慢慢建造起来的。

你可以想象一下,它們用蜂蜜填充那些孔的时候,如果孔很大,那么装的蜂蜜自然也就多。如果蜂蜜过重,就会破坏孔的结构(成分是蜂蜡),一旦结构遭到破坏,那么它们之前的辛苦努力也就会付之东流。还有一种情况,即使孔的结构足够坚固,这时孔里的蜂蜜也会流出来,因为孔大了,需要“施工者”多次来回飞行才能将其封住,有时还需要几天的时间。

蜂蜜停留在孔内靠的是本身的黏度,如果孔没有被很快封住,蜂蜜就会流出来浪费掉了。所以,为了确保蜂窝孔结构足够坚固,并考虑到一次性就能够把孔封住,蜜蜂最终选择了小孔,以使它们的辛勤劳动成果不至于白费。

(一米阳光摘自《科学之谜》,有删改)

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