神奇六邊形憑什么征服全世界

金璞

運動場上那個元氣滿滿的勝利者，通常被對手又愛又怯地稱為“六邊形戰士”——意思是說他的力量、速度、技巧等樣樣俱佳，簡直像正六邊形一樣完美。沒錯！六邊形就是這么完美！它的完美簡直能征服全世界！不信？來看看它如何在大自然里博得那些小可愛們的喜愛——

Yes！完美蜂巢

先來說說蜜蜂家族。早在千年前，它們便憑借完美蜂巢贏得盛譽。瞧，一個個六邊形的“隔間”無縫連接，一排排瓷實的“墻壁”厚度精準，所有“房間”沿地球磁場的水平方向略作傾斜，不僅適合遮風擋雨，還能避免香甜的蜂蜜流出。就憑這份“巧奪天工”的技藝，有人贊蜜蜂為“天生的數學家”；有人認為它們具有“幾何學的遠見卓識”……

不一樣的聲音來自于生物學家達爾文，他大膽推翻旁人的論調，認為沒有什么“天賦”、“神賦”云云，蜂巢完全是生物進化論使然的結果嘛。口說無憑，他進行了一系列實驗，固然正六邊形的周長在同等面積下小于正三角形、正方形，但蜜蜂的優點顯然是“節省耗材”：蜂蠟畢竟靠蜂體分泌，可不得悠著點兒用？

某些野生黃蜂的建筑能力也不容小覷。譬如造紙胡蜂，它們倒不用蜂蠟筑巢，而是用自己的唾液與木材纖維、植物莖部等混合咀嚼成“糊狀建材”。用這種“蜂造紙漿”制成的蜂巢相當硬核，卻也乖巧地呈現出合乎“自然選擇”的六邊形。

Yes！完美泡泡

或許用泡泡筏原理解釋蜂類的建筑行為更為妥帖：當你在水面上吹起一層泡泡，它們經過炸裂、整合，最后都會重組成六邊形或者近似六邊形的形狀。這些六邊形還喜歡“三足鼎立”，而且相交的角度約為120°。

平面的泡泡筏如此守規則，立體的泡泡堆自然不甘落后。用吸管向一杯肥皂水里吹氣時，泛起的泡泡在水平面上堆積成一團，邊線相交形成的夾角約為109°——奇怪嗎？比利時物理學家約瑟夫·普拉托也很好奇，泡泡表面的交界因為他的研究而得名為“普拉托邊界”。

同等體積下，球形的表面積最小，深諳這個道理的泡泡筏和泡泡堆迅速做出行動：拉動延展性極佳的泡泡完成“最優組合”，以將原料消耗降至最小。當然，想要保持穩固的形狀，所有泡泡連接點上不同方向的作用力必須協同——這個要求同樣難不倒生性機敏的泡泡：既然氣體壓力與氣泡體積成反比，那么主動微調趨于平衡便是。

許久以來，“完美泡泡”被自然界競相追捧。例如蒼蠅的復眼由很多類似泡泡筏的六邊形組成，整體的排列方式類似泡泡堆。再比如紫蝸牛，由泡泡包裹粘液而成的浮筏乃是它潛入海中的“浮掛神器”……

人們對理想泡泡的探尋亦無止境。上世紀90年代初，一個由8種不同形狀的泡泡重復排列而成的泡泡堆出爐，憑借獨有的傲嬌感，它在許多年后成為北京水立方外立面的靈感來源。

Yes！完美曲面

柔軟的蜂蠟與皂膜，因為強烈的可塑性滋生出一種有趣的表面張力。形象一點兒講，吹泡泡時，有時皂液會沿著塑料圈形成一層平整而光滑的皂膜，這層皂膜又可以跟隨線框彎折而形成一張極小的曲面。曲面的彎曲度叫做曲率，曲率可以外凸呈正值，也可以內凹成負值；只要正負曲率相互抵消，這個曲面的平均曲率就是最小的自然數0。

一些聰明的物種早已將這項高能原理納入囊中。來自歐洲的黃星綠小灰蝶、寬絨番鳳蝶，顏色雅致而細膩，秘訣就在于翅膀鱗片上的螺旋二十四面體：每個曲面凸起處的光波與其他位置反射來的光波交相輝映，波長變化使色彩絢麗。

還有的生物善于將這一原理發揚光大。來自海洋的一種頭帕科海膽，還有多“毛”的鱗沙蠶、某些放射蟲和硅藻都熱衷于“生物礦化作用”：條狀碳酸鈣物質包裹起靈活的膜質“模具”，有時做出堅固輕便的尖刺，有時做出復雜迂回的光反路徑，有時做出錯綜絢爛的圖案……旁的不說，用來震懾捕食者以及臭美足夠。

……

看，自然界的想象力和創造力多么偉大！它借用嚴肅科學引領了藝術，也將藝術之美與人類共享。