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对称美?不!这样对称的二十面体却能要人的命……

对称美?不!这样对称的二十面体却能要人的命……

作者: 刷牙喝凉白开 | 来源:发表于2020-03-31 11:48 被阅读0次

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1918年,西班牙流感夺走了 50000000人的生命,这一数字远远多于第一次世界大战的死亡人数。

这场灾祸把科学家们的注意力全部集中在弄清这种危险疾病的机制上。而且,他们很快意识到,这是一种比细菌还要小得多的东西,在当时的显微镜下还无法观测到它。

他们将这一新的病原体命名为“病毒”(viruses),取自拉丁文的毒药的意思。

要揭示这些病毒的真正面目,需要借助一项新的技术——X光衍射。

在X光衍射的过程中,一束X光射线会穿过被研究的材料,而且当射线与分子相遇后,它就会向不同的方向发生折射。最终得到的图片就是有点像把一束光射向此类球棍结构后所产生的阴影。

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在破译这些阴影中的讯息时,数学是一个强大的帮手。

我们的目的是要确认哪种三维形状才能引起这些由X光衍射所造成的二维阴影。

举例来说,人类头部的正面轮廓能够告诉我们的讯息很少,从中大概只能判断他的耳朵是否突出等,而一副侧面轮廓则包含更多的明确信息。对分子来说,道理也是一样。

通常情况下,此类研究的进展总要取决于我们是否找到一个最佳角度,通过这个角度上发出的射线,揭示出分子的真正特征。

弗朗西斯·克里克和詹姆斯·杜威在破译出DNA的结构以后,转向研究病毒的X光衍射二维图片。

他们惊讶的发现病毒的形状是对称的。

最初的图案呈现出排列成三角形的点,这就意味着,病毒的形状是三维的;在经过120°的旋转后,其形状仍是相同的,这便表示其形状是对称的。

问题是所有 5  种柏拉图形状中都有这么一根轴线,基于轴线,我们可以将任何一种柏拉图形状旋转120°,而且所有的表面重回之前的样貌。

直到生物学家得到另外一张衍生图案后,他们才找到一个视角,进一步地确定这些病毒的形状。突然间出现了以五边形排列的点阵,这样一来,科学家就能把一个更有意思的柏拉图骰子即二十面体套在上面了。

在这个由 20 个三角形构成的形状中,每个顶点均由 5 个三角形交汇而成。

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病毒之所以喜欢对称,不是因为他们臭美,而是对称为他们提供了一种十分简单的繁殖方式。这也是病毒为什么具有如此强大的传染性的原因所在——事实上,“virulent”一词的意思便是最容易传播和剧毒的。

传统上看,对称形状在美学上是非常引人注目的,不管是钻石、花朵、绘画、模特的脸部……都是如此。

但是,对称也并非全是好的。生物学上的一些最致命的病毒,从流感病毒到疱疹病毒,从小儿麻痹症病毒到HIV,都是以正二十面体为构造基础的!

为什么HIV治愈率非常低?

来源:《神奇的数学》网络

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