化學實驗中的圖靈斑圖

李桂林

課題背景 1952年，被后人稱為計算機科學之父的著名英國數學家圖靈把他的目光轉向生物學領域。他在著名論文《形態形成的化學基礎》中，從數學角度表明，在反應擴散系統中，穩定均態會在某些條件下失穩，并自發產生空間定態圖紋。此過程被后人稱為“圖靈斑圖”。圖靈用一個反應擴散模型成功地說明了某些生物體表面所顯示的圖紋（如斑馬身上的斑圖）是怎樣產生的。

藍瓶子、紅瓶子、花瓶子實驗是化學中的經典實驗。在做藍瓶子實驗時，我們意外發現其有時會形成一種波形圖案，把藍瓶子、紅瓶子實驗的溶液多次倒在培養皿等器皿中，結果在培養皿中看到了較穩定的波形圖案。

藍瓶子實驗的配方：水100g，葡萄糖2g，NaOH 2g，2%亞甲藍3～5滴，置于250mL錐形瓶中。藍瓶子實驗操作：振蕩溶液時其呈藍色，靜置時藍色慢慢褪去變成無色透明液，再振蕩又變藍色……紅瓶子和花瓶子的方法、原理、現象等相近，只是所選氧化還原指示劑及相關顏色不同。

實驗步驟

1.溫度影響（紅瓶子實驗，水100mL）

結論：實驗發現，溫度越高，形成圖案所需要的時間越短，20℃、30℃時形成的圖案比較漂亮，所以此區間溫度是比較適宜的實驗溫度。

2.濃度影響（紅瓶子實驗，水100mL，水溫控制在30℃左右）

結論：氫氧化鈉的理想濃度在4%～6%，葡萄糖加2g左右比較好，堿性藏紅花的滴數控制在8滴左右。因為堿性越大，越不能形成斑圖；堿性太小，形成斑圖所需要時間較長。

3.光照影響（藍瓶子實驗，水100mL，水溫控制在20℃左右）

結論：光照會影響圖靈斑圖的形狀，而且此次圖靈斑圖呈三維狀。

4.電場影響（藍瓶子實驗，水溫控制在30℃～40℃）

把藍瓶子溶液放在電場中，靜置片刻后觀察現象。

結論：15s后，在玻璃皿中形成2個平行的螺旋，并且在實驗中這兩個螺旋在不停運動，且運動方向是相反的，30s后，這個螺旋不停地向溶液中伸展，最后形成了漂亮的立體圖案。與所有圖靈斑圖不同的是，在培養皿的邊緣形成了一條條豎直的藍色線段，且它們的間距相等。說明電場對圖靈斑圖的形成是有巨大影響的。

5. 磁場影響（紅瓶子實驗，水100mL，水溫控制在15℃左右）

用交互線圈來產生磁場，并把培養皿放在線圈的上方，這樣就會有磁場通過培養皿，另外我們也可以用兩個條形磁鐵來提供磁場。

結論：無磁場影響的情況下，形成斑點狀的圖靈斑圖，在有磁場影響的情況下，在磁場中其形狀如同一朵花。先是出現一圈圈的環狀斑紋，出現順序為由里而外。斑圖逐漸變得扁長，并漸漸連成一線，最后呈放射狀，內密外疏。

另外，對比溶液深度的實驗表明，溶液越深，越容易形成條狀三維圖靈斑圖，溶液越淺，越容易形成二維的點狀圖靈斑圖。

資料顯示，目前世界上共有五個體系能產生圖靈斑圖，在一個偶然的機會，我們在中學實驗室里找到了一種能產生圖靈斑圖的新體系。偶然的意外，鑄成了這樣一次美麗的邂逅。

課題背景 1952年，被后人稱為計算機科學之父的著名英國數學家圖靈把他的目光轉向生物學領域。他在著名論文《形態形成的化學基礎》中，從數學角度表明，在反應擴散系統中，穩定均態會在某些條件下失穩，并自發產生空間定態圖紋。此過程被后人稱為“圖靈斑圖”。圖靈用一個反應擴散模型成功地說明了某些生物體表面所顯示的圖紋（如斑馬身上的斑圖）是怎樣產生的。

藍瓶子、紅瓶子、花瓶子實驗是化學中的經典實驗。在做藍瓶子實驗時，我們意外發現其有時會形成一種波形圖案，把藍瓶子、紅瓶子實驗的溶液多次倒在培養皿等器皿中，結果在培養皿中看到了較穩定的波形圖案。

藍瓶子實驗的配方：水100g，葡萄糖2g，NaOH 2g，2%亞甲藍3～5滴，置于250mL錐形瓶中。藍瓶子實驗操作：振蕩溶液時其呈藍色，靜置時藍色慢慢褪去變成無色透明液，再振蕩又變藍色……紅瓶子和花瓶子的方法、原理、現象等相近，只是所選氧化還原指示劑及相關顏色不同。

實驗步驟

1.溫度影響（紅瓶子實驗，水100mL）

結論：實驗發現，溫度越高，形成圖案所需要的時間越短，20℃、30℃時形成的圖案比較漂亮，所以此區間溫度是比較適宜的實驗溫度。

2.濃度影響（紅瓶子實驗，水100mL，水溫控制在30℃左右）

結論：氫氧化鈉的理想濃度在4%～6%，葡萄糖加2g左右比較好，堿性藏紅花的滴數控制在8滴左右。因為堿性越大，越不能形成斑圖；堿性太小，形成斑圖所需要時間較長。

3.光照影響（藍瓶子實驗，水100mL，水溫控制在20℃左右）

結論：光照會影響圖靈斑圖的形狀，而且此次圖靈斑圖呈三維狀。

4.電場影響（藍瓶子實驗，水溫控制在30℃～40℃）

把藍瓶子溶液放在電場中，靜置片刻后觀察現象。

結論：15s后，在玻璃皿中形成2個平行的螺旋，并且在實驗中這兩個螺旋在不停運動，且運動方向是相反的，30s后，這個螺旋不停地向溶液中伸展，最后形成了漂亮的立體圖案。與所有圖靈斑圖不同的是，在培養皿的邊緣形成了一條條豎直的藍色線段，且它們的間距相等。說明電場對圖靈斑圖的形成是有巨大影響的。

5. 磁場影響（紅瓶子實驗，水100mL，水溫控制在15℃左右）

用交互線圈來產生磁場，并把培養皿放在線圈的上方，這樣就會有磁場通過培養皿，另外我們也可以用兩個條形磁鐵來提供磁場。

結論：無磁場影響的情況下，形成斑點狀的圖靈斑圖，在有磁場影響的情況下，在磁場中其形狀如同一朵花。先是出現一圈圈的環狀斑紋，出現順序為由里而外。斑圖逐漸變得扁長，并漸漸連成一線，最后呈放射狀，內密外疏。

另外，對比溶液深度的實驗表明，溶液越深，越容易形成條狀三維圖靈斑圖，溶液越淺，越容易形成二維的點狀圖靈斑圖。

資料顯示，目前世界上共有五個體系能產生圖靈斑圖，在一個偶然的機會，我們在中學實驗室里找到了一種能產生圖靈斑圖的新體系。偶然的意外，鑄成了這樣一次美麗的邂逅。

課題背景 1952年，被后人稱為計算機科學之父的著名英國數學家圖靈把他的目光轉向生物學領域。他在著名論文《形態形成的化學基礎》中，從數學角度表明，在反應擴散系統中，穩定均態會在某些條件下失穩，并自發產生空間定態圖紋。此過程被后人稱為“圖靈斑圖”。圖靈用一個反應擴散模型成功地說明了某些生物體表面所顯示的圖紋（如斑馬身上的斑圖）是怎樣產生的。

藍瓶子、紅瓶子、花瓶子實驗是化學中的經典實驗。在做藍瓶子實驗時，我們意外發現其有時會形成一種波形圖案，把藍瓶子、紅瓶子實驗的溶液多次倒在培養皿等器皿中，結果在培養皿中看到了較穩定的波形圖案。

藍瓶子實驗的配方：水100g，葡萄糖2g，NaOH 2g，2%亞甲藍3～5滴，置于250mL錐形瓶中。藍瓶子實驗操作：振蕩溶液時其呈藍色，靜置時藍色慢慢褪去變成無色透明液，再振蕩又變藍色……紅瓶子和花瓶子的方法、原理、現象等相近，只是所選氧化還原指示劑及相關顏色不同。

實驗步驟

1.溫度影響（紅瓶子實驗，水100mL）

結論：實驗發現，溫度越高，形成圖案所需要的時間越短，20℃、30℃時形成的圖案比較漂亮，所以此區間溫度是比較適宜的實驗溫度。

2.濃度影響（紅瓶子實驗，水100mL，水溫控制在30℃左右）

結論：氫氧化鈉的理想濃度在4%～6%，葡萄糖加2g左右比較好，堿性藏紅花的滴數控制在8滴左右。因為堿性越大，越不能形成斑圖；堿性太小，形成斑圖所需要時間較長。

3.光照影響（藍瓶子實驗，水100mL，水溫控制在20℃左右）

結論：光照會影響圖靈斑圖的形狀，而且此次圖靈斑圖呈三維狀。

4.電場影響（藍瓶子實驗，水溫控制在30℃～40℃）

把藍瓶子溶液放在電場中，靜置片刻后觀察現象。

結論：15s后，在玻璃皿中形成2個平行的螺旋，并且在實驗中這兩個螺旋在不停運動，且運動方向是相反的，30s后，這個螺旋不停地向溶液中伸展，最后形成了漂亮的立體圖案。與所有圖靈斑圖不同的是，在培養皿的邊緣形成了一條條豎直的藍色線段，且它們的間距相等。說明電場對圖靈斑圖的形成是有巨大影響的。

5. 磁場影響（紅瓶子實驗，水100mL，水溫控制在15℃左右）

用交互線圈來產生磁場，并把培養皿放在線圈的上方，這樣就會有磁場通過培養皿，另外我們也可以用兩個條形磁鐵來提供磁場。

結論：無磁場影響的情況下，形成斑點狀的圖靈斑圖，在有磁場影響的情況下，在磁場中其形狀如同一朵花。先是出現一圈圈的環狀斑紋，出現順序為由里而外。斑圖逐漸變得扁長，并漸漸連成一線，最后呈放射狀，內密外疏。

另外，對比溶液深度的實驗表明，溶液越深，越容易形成條狀三維圖靈斑圖，溶液越淺，越容易形成二維的點狀圖靈斑圖。

資料顯示，目前世界上共有五個體系能產生圖靈斑圖，在一個偶然的機會，我們在中學實驗室里找到了一種能產生圖靈斑圖的新體系。偶然的意外，鑄成了這樣一次美麗的邂逅。