学进去

大自然无时无刻不在展示自己的最佳设计，而它的每一项设计都能让人感受到一种合理性的启迪。蛋壳虽薄但承重耐压能力极强。早年间的农家鸡多为散养，营养多样，蛋壳也厚实。据说一个壮汉手握鸡蛋，用足力气也难以将其攥碎。一只静卧的母鸡没花什么心思就成就了这样一种最符合结构力学的壳体形式，真乃天工造化，玉汝于成。

师法蛋壳力学特征的“穹顶结构”历来受到西方建筑学界的高度重视，许多欧洲古典建筑都采用了这种穹顶式样。古罗马帝国总是喜欢用宏伟的巨型建筑来显示帝国的雄盛荣耀，公元118——128年古罗马哈德良皇帝修建的万神殿，就是巨型“圆拱穹窿”结构的最早典范，它是用含有火山灰的混凝土浇筑的，圆形穹顶直径为142英尺，直到20世纪它仍以世上最大的穹顶而闻名于世。此后又有君士坦丁堡的圣索菲亚大教堂，以及米开朗琪罗设计的圣彼得大教堂，它们都是历史上著名的穹顶式建筑，穹顶建筑施工难度虽高，但完工后整座圆顶重量都均匀分布在支撑墙柱上，具有极强的结构稳定性。这些经典建筑都经受住历史上无数次的自然与人为灾害，有的至今已屹立一千九百年而完好无损。

经典数学表明：在诸多正多边形中只有正六边形、正方形与等边三角形能够镶嵌成完满平面，使之不留任何剩余空隙。而且，若是这三种正多边形的周边长度相等，那么只有正六边形具有最大的面积。也就是说，使用同等数量的墙体材料，砌成六边形的房子可以获得最大使用空间，这也正是蜜蜂之所以将蜂巢筑成正六边形的原因——它所耗费的蜂蜡最少。

我们何不效仿蜜蜂，也造出六边形房子呢？房屋垮塌时，总是以与地震波传播方向垂直的墙面倒塌居多，方形房屋总会有个墙面方向与地震波走向相合，但对六边形房屋而言，墙面受力则要小得多。(按同等面积计算，正六边形房屋每一面墙的宽度仅是方形房屋墙面的62%。)通常它受到地震波的冲击力只有方形房屋的六成，何况它还得到两侧墙面的斜向支撑。

设计诸如正方形、长方形或六边形房屋的穹顶，最简单的方法就是去吹肥皂泡。曾看到外国孩子玩肥皂泡，用一个直径足有半米的大圆圈，在大盆里蔽上“肥皂液”，一挥就是一个特大的肥皂泡漂浮空中，国外杂技演员也会吹出极其复杂的多层组合肥皂泡，想来他们用的是一种表面张力极强的特殊“皂液”。设计穹顶时，最好就选用这种强度高、持久性好的皂液，将其涂在作为房屋墙体模型的四边形、六边形枝柱顶端，精确地吹肥皂泡，只需达到模型预定的穹顶高度，吹出什么样子就设计成什么样子。因为只有这样的穹顶形态才是表面积最小，整体受力最均匀，形体最优化，结构最合理的自然状态。

“水立方”，就是件百分之百的“肥皂泡”作品。蔚蓝的“水立方”望去满目清凉，总数大约三千多个五边形、六边形与杂处其间的三角形、四边形“肥皂泡”紧密贴合，大小参差，错落有致，成就一项令人称绝的优秀设计。最不可缺少的是犹如神来之笔的独特理念，它常得之于灵动的瞬间，没准孩子吹的一堆肥皂泡照描下来就是一项别有意趣的设计。顺应自然的设计就是这么简单，谁师从自然，灵心创造，谁就会独得天助，事一功百。

由于液体表面张力的作用，体系的势能总是“正比”于它的表面积。从实验观察得知：肥皂膜所形成的数学曲面也总是面积最小的曲面，因而也是让体系达到势能最低的曲面。值得注意的是，在这些“面积最小”“势能最低”等“极值”的背后还隐藏着一个更具普遍意义的自然哲学原理，那就是——最小作用量原理。

有一本专门描述自然界造型与形态的专著《悭悭宇宙》，书中用大量篇幅讲述了“肥皂泡数学”的相关知识与历史发展。“自然界的一切运动变化都遵循最大可能的经济原则，即总是使作用量降到最小。这便是最小作用量原理，它被人们看作主宰一切自然现象的普遍原理。”牛顿说：“自然界不作无用之事，只要少做一点就成了，多做了却是无用；因为自然界喜欢简单化，而不爱用什么多余的原因去夸耀自己。”先秦哲人中老子最是明白人，他的“无为”思想就是对自然的“最少触动原则”。两千六百年前的哲学思想竟然完全符合近代科学新发现的“最小作用量原理”，足见其宏伟的历史穿透力。

简单性原理确实是一条基本的自然哲学原理。自然界总是按最简单、最有效的方式演进。由此可见，抛弃“简单”，便是偏离“自然”！

遗憾的是，作为生命体的最高形式，作为动物中拥有最顶极智慧的人类却常常另搞一套，干出数不胜数违背最小作用量原理的“高级蠢事”。为此我们没少挨造物主的“板子”。

(摘编自詹克明《空钓寒江·师法自然赋流形》)