追随水路的足迹   

在空中,除了能发现人类建筑的残迹,我们还能更加清楚地看见一些自然界中的现象是如何形成演变的。江河与溪流就是不错的例子。一条小溪最初的样子与一条成熟的河道有着天壤之别。由于水从高处往低处流,溪流最初的形态类似于树干和嫩枝(这种形态被称为树枝状(dendritic)),只不过小溪的生长方向和树相反,树是先发枝干,再生嫩条,而在溪流演变中,水滴聚集成水流,水流汇成更大的支流,最后流入主河道。

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这些年轻溪流的形成过程给我们展示了两种十分有趣的科学现象:自主成形体系(self—patterning systems)和分形(fractals)。

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自主成形体系(self—patterning systems)

这个实验在飞机上没法做,只好等你到家再操作吧。将蜡覆盖在一只小托盘上——最好是将蜡熔化,然后倒入托盘中。你可以将蜡置于碗中,将碗置于一锅沸腾的热水中使蜡熔化。尽量使蜡均匀地平铺在托盘中,接着,就等待着蜡凝固吧。

现在,端起托盘,把它斜放入水槽内形成一定角度,使水能顺着流下。在托盘顶端靠近中间的位置,将一小注热水浇在蜡层上,这样,热水就顺着斜坡下流。(小心别烫着自己!)起初,热水会在蜡层表面四处流动,但是,随着蜡层逐渐熔化,沟渠就在其表面出现了。一旦形成了沟渠,水就会通过三条路径流下去。这将熔化更多的蜡,而表面的沟渠也会变得越来越宽,越来越深了。沟渠越宽深,流经的水就越多。这个过程将周而复始。

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蜡和热水构成的这种自主成形体系十分有趣,因为最开始并没有固定的模式。液体毫无次序地流经表层(如蜡上的水柱,溪流形成初期的水流),随着表层细微的起伏而波动。当液体流动起来时,它开始侵蚀表层。一旦形成了一道浅浅的沟渠,更多的水就会涌向这道浅沟,使之不断被拓宽。

大脑同样具备了自我成形的体系。大脑中负责储存信息的部分是由数百万个特殊的细胞组成的,我们称之为神经元(neuron)。每个神经元又通过一种被称为触突(dendrite)的丝状体与成百上千个神经元相连。正是这些连接行使了大脑的记忆和其他储存功能,不过在形成的初期,这些连接十分脆弱。连接一旦建立起来,只要反复使用,它们就会逐渐增强。这些经巩固的连接更易于使用,因此也更频繁地被人们使用。一旦这样的初始形态出现了,它们就会在反复使用中自我强化。