所有那些具有独特属性的数字都有一定的物理含义,这里所说的物理含义不局限于几何属性(用于绘图等),而是包含了物理动态含义。所谓动态系统是指系统的状态随时间而变化,从物理学角度讲和系统承受的力量有关。黄金比例的动态是什么呢?这就是共振。
我们可以看一个音乐领域的例子。如果我们把两把一模一样的弦乐器放在一起,在弦线受到相同张力的情况下,演奏者可以通过按压弦线的长度来产生不同频率的声音,空气传递这种振动,可以影响相邻的弦线。早在古代,人们就已经发现:如果两根相邻的弦线长短一致并且产生同样的振动,共振显然是最大的;而当弦长度是无理数的时候共振则最小。黄金比例数是无理数,符合共振最小的规律。
共振现象的研究对建筑物的防震很有用。假如一座建筑物的共振很低,那么抗震能力就强,由此我们可以设想:一座建筑物的结构比例中含有很多黄金比例,那么地震引起的共振小,发生地震的时候则会比较结实、耐震。很多保存下来的古代建筑里含有黄金比例,大多数人都把这个选择归因于美学标准,将黄金比例在建筑中的运用与建筑物的抗震能力挂钩,这还是近些年才有人提出的,假如这个解释成立的话,又会引出新的疑问:“古代的人是怎么了解到黄金比例与共振的关系的呢?”
最后,咱们还可以看看关于黄金比例在天文学领域的一种应用可能的研究。天文学家很久以来就在研究一个问题:太阳系里的行星各自都在一定半径的轨道上运行转动,这些行星的位置和轨道是受什么力量影响、遵循什么规律而排列成的呢?
18世纪后期,两个德国天文学家约翰·提斯和约翰·波德通过观察发现:假如使用地球轨道半径作为评估行星轨道的天文单位,将水星以外的其他行星顺序用n表示,则存在下面这个规则:
行星轨道半径R=0.4+0.3×2n-1。波德推算规则仅仅是通过总结观察记录得出的,并没有理论解释。太阳系行星组成的系统如何达到稳定状态?科学家也不太清楚。
法国数学家苏里佑通过黄金比例属性给予了一个初步的解释:潮汐现象对太阳系稳定状态产生主要影响。我们知道,月球引起的潮汐对整个地球产生影响,海洋表面会上升(达到半米左右),释放出热量,这种潮汐效应不仅减缓了地球的旋转,并且改变月球本身的轨道(月球以每年几厘米的速度远离地球)。
太阳系内的所有行星都对太阳产生潮汐现象,这个潮汐效应与太阳距离立方的倒数成一定比例,所以减缓了太阳自身的旋转速度,正如“地球—月球”那样,太阳产生引力场的改变,处于其中的行星的轨道也发生变化。
看到这里你可能会问:这跟黄金比例有什么关系?
先设想一个简化的太阳系,只有两颗行星绕太阳旋转,太阳对这两颗行星起到一个“谐振器”的作用,它们通过太阳在其表面上产生的潮汐效应来相互影响。两颗行星绕太阳旋转周期的比例达到黄金比例的时候共振最弱,它们彼此的相对位置达到稳定状态。拥有众多行星的太阳系的情况稍微复杂些,计算起来也复杂些,但是原则是一模一样的。
如果比较波德推算规则和苏里佑教授用“黄金法则”计算出的轨道结果,二者基本一致,说明苏里佑教授用“黄金法则”所做的解释和实际观测数据相符。
苏里佑教授发现的这个“黄金法则”可以用来计算太阳系内未知行星的可能性,并且推算出未来太阳系行星存在轨道和相对位置的演变,比如:海王星冥王星的“异常”轨道将会发生演变,慢慢地类似于其他行星。
每当提到黄金比例时,许多人会立即想到艺术作品或古代遗迹中的“完美比例”。其实,黄金比例的意义和影响远远超出了单纯的美学范围,我们这里只是简单提到了数学家对其属性的一些了解和它在物理领域的一些用途,实际上黄金比例还在其他一些我们意想不到的领域有一定意义和影响,如植物学领域(研究植物茎排序等),甚至心脏科学领域!可以说,在黄金比例背后还隐藏有很多秘密等待我们去发现。