叶序与本页画面
叶序是叶、小花或种子在植物上的排列方式。向日葵花盘上的种子排成两族螺线,两族的条数常常是相邻的斐波那契数。在这一页,你可以在一盘种子的任何地方数螺线,看角度差一点会怎样,再看一条不含角度的规则怎样自己走到黄金角附近。在“定角”下,颗种子里的第颗(从0数起)放在
每颗种子比上一颗多转α;开平方让每颗新种子添上同样面积的一圈,至于种子沿着圆圈铺得匀不匀,要看转角。这是Helmut Vogel的向日葵花盘模型(1979)。
蓝圈是数螺线的地方。页面在这一圈上找出眼睛看到的螺线,用黄线画出来,最近的一族画实线,另一族画虚线,并在它们穿过圆圈的地方编号。
种子之间并没有连线,螺线是眼睛连出来的。第颗比第颗多转了。接近整数圈时,两颗几乎指向同一方向;要是半径也相近,它们就是邻居。这时把每颗种子和它后面第颗连起来,就描出一族条螺线。黄金角是
在默认的圆圈上,
所以相隔34颗和相隔55颗的种子最近,眼睛看到34条螺线和55条螺线。差一点不到整圈的一族往外朝一个方向绕,超过一点的一族朝另一个方向绕。
为什么是斐波那契数?让最接近整圈的那些,可以从α(以圈为单位)的连分数读出来。黄金角的连分数,2后面的项全是1:
所以它最好的那些分数,分母都是斐波那契数。这些分数轮流落在α/360°的两侧,所以在黄金角下,两族螺线绕的方向相反。圆圈上看到哪一对,取决于圆圈在哪里。相隔颗的两颗种子,半径差一点,方向也差一点;越往外,半径的差越不要紧,方向的差越要紧。所以越往外,方向转回得更近的一族就会接替,哪怕它的种子相隔更多颗;条数也就一次升一个斐波那契数。
离黄金角很近的角,看起来可以完全不同,连分数说明了原因。连分数里的大项表示方向转回得特别近,这可能让旋臂格外明显。黄金角的连分数在2后面全是1,方向始终铺得均匀。嵌入屏把前面几颗种子的方向画在一个圆上:不论有多少颗,最长的空隙至多是最短的倍。
植物并不量角度,“找空处”也不给角度。生长的茎尖一个接一个地长出原基,也就是叶或小花的芽。1868年,Wilhelm Hofmeister观察到:新的原基长在老原基之间最大的空当里,老原基随后离茎尖越来越远。“找空处”运行的是这条规则的简化模型。从默认的起点出发,起初每次出生之间老原基被推得很远,新的原基都长在上一个的对面。推得越来越少以后,角度离开180°,在137.5°附近来回摆,最后停在137.47°附近,螺线也一步步升到更大的斐波那契数。从别的起点出发,同一条规则也可能停在别处,例如99.7°附近。
相关
延伸阅读:维基百科:Phyllotaxis(英文);维基百科:Golden angle(英文);维基百科:Three-gap theorem(英文)。