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作者:刘益宏 当前章节:15544 字 更新时间:2026-6-22 20:19

高原第三次强烈隆升发生在晚更新世,这期间又升高了约1000米。约在1万年前,高原面的平均高度已达到了4000米左右,一些大山岭超过了6000米。这次抬升使高原内部的气候更加寒冷干燥。高原边缘受到强烈切割。此时,已有人类出现。在定日热久乡河流阶地上发现的旧石器晚期的石片、括削器、尖状器等已成为古人类生活谋生的工具,他们群居在一起,靠捕猎和采摘野果为生。

地质历史进入全新世(距今1万年前),高原抬升的速度更快了,它以平均每年7厘米的速度,上升了约700米,使高原面的平均高度达到现在的4700米,成为当今的“世界屋脊”。

高原的强烈隆升,对亚洲东部的自然地理环境产生了深刻的影响。高原大地形的动力作用和热力作用改变了周围地区大气环流的形势。气象学家研究得知,夏季,高原的存在诱发了西南季风,使我国东部的夏季风能长驱北上,给广大地区带来充沛的降水;冬季,高原的存在产生了西伯利亚高压,强大的冷空气又足以席卷南部广大地区。如果我们把高原与其周围低地相比较,便可以看出它们的显著差别。高原南部的印度阿萨姆平原为热带雨林地带,而高原北部却是极端干旱的温带荒漠;高原东缘与亚热带湿润的常绿阔叶林地带相接;其西侧毗连着亚热带半干旱的森林草原和灌丛草原地带。青藏高原恰恰处在这南北迥异、东西悬殊的“十字街头”上。高原强烈隆升的结果,使气候愈来愈寒冷干燥,愈往中心地区愈明显。由隆升前的茂密的森林过渡到今天的高寒荒漠。相比之下,高原东南边缘变化最小,至今仍然保存着温暖湿润的森林景观。

东方瑰宝莫高窟之谜

敦煌莫高窟是我国内容最丰富、保存最完好的石窟艺术宝库。石窟艺术是建筑、雕塑、绘画三位一体的统一整体,是实用性和艺术性有机结合的完美的立体艺术。1987年12月11日,联合国教科文组织世界遗产委员会将莫高窟列入世界文化遗产清单。

敦煌的壁画也是世界艺术的珍宝,它的内容极为丰富,大体可分为:尊像画、经变画、故事画、供养人画、佛教史迹画、建筑画、山水画、动物画、装饰图案画等九类。在经变画、故事画、佛教史迹画中有非常生动的人民生活画。种类繁多的壁画,从多方面反映了古代的社会现实生活,为研究我国封建社会历史、文化、政治、经济、军事、科技、宗教、建筑、交通、服饰、乐舞和民俗提供了极其珍贵的形象史料。因而被国际上称誉为“墙上的图书馆”、“特殊博物馆”,是一部跨越千年的“形象历史”。

敦煌彩塑主要有佛像,包括释迦牟尼、弥勒、药师、阿弥陀、三世佛、七世佛等;菩萨像有观音、文殊、普贤、势至、地藏、胁侍、供养菩萨等。弟子有阿难、迦叶、十大弟子及罗汉。还有天王、金刚、地神等。彩塑形式有圆塑、浮塑、影塑、善业泥等。圆雕、浮雕除96、130窟两大佛,148、158窟两大卧佛为石胎泥塑外,其余均为泥塑,有单身像和群像。佛像居中心,两侧侍立弟子、菩萨、天王、力士,少则三身,多则十一身,以96窟34.5米的弥勒坐像为最高,小则10厘米。多以夸张的色彩表现人物性格,神态各殊。其丰富内涵,堪称是一部中国古代千年佛教彩塑史。

敦煌有不少谜,莫高窟出现的万道金光就是其中之一。

雨过天晴,空气清新的清晨或黄昏之时,如果从敦煌城驱车沿安敦公路向东南而行,就会被几十千米以外的三危山呈现的奇特景象所吸引。只见这座陡然崛起、劈地摩天的大山之巅,在日出或落日余晖的照耀下,放射出五彩缤纷的光芒。

莫高窟的这种奇特景象,千百年引来无数人的瞩目。最早记录这一现象的,是唐朝圣历元年(公元698年)李怀让《重修莫高窟佛龛碑》,碑文记载:“莫高窟者,厥初秦建元二年,有沙门乐僧,戒行清虚,执心恬静,尝杖锡林野,行至此山,忽见金光,状有千佛,遂架空凿岩,造窟一龛……”文中所指的山即三危山,所造的龛像,就是敦煌千佛洞最早的洞窟。

我国最早记载山川地形的《尚书·禹贡篇》中就有“窜三苗于三危”的话,可见早在新石器晚期,这里就有人类活动了。据《都司志》三危条下注释:此山之“三峰耸峙如危欲坠,故云三危”,三危山也由此而得其名。若登上山巅,可东望安西,西尽敦煌,山川树木,尽收眼底,所以古来又有“望山”之称。

对于莫高窟的佛光,科学界存在两种解释。第一种解释是,三危山纯为沙浆岩层,属玉门系老年期山,海拔高度约1846米,岩石颜色赭黑相间,岩石内还含有石英等许多矿物质,山上不生草木,由于山岩成分和颜色较为特殊,因而在大雨刚过,黄昏将临,空气又格外清新的情况下,经落日余晖一照,山上的各色岩石便同岩面上未干的雨水及空气中的水分一齐反射出五彩缤纷的光芒,将万道金光的灿烂景象展现在人们眼前。

另一种解释是:莫高窟修造在鸣沙山东麓的断崖上。崖前有条溪,在唐代叫“宕泉”,现今叫大泉河,河东侧的三危山与西侧的鸣沙山遥相对峙,形成一夹角。傍晚,即将西落沉入戈壁瀚海的落日余晖,穿透空气,将五彩缤纷的万道霞光洒射在鸣沙山上,反射出万道金光,这正是我们有时看到的“夕阳西下彩霞飞”的壮丽景象。

无论是出现在三危山,还是鸣沙山两个方向的所谓“金光”,都是一种在特殊条件下的自然现象,古人由于受当时生产力的局限和宗教迷信观念的束缚,无法从科学上解释这种自然现象,只得用神、佛显灵来做结论。

在敦煌石窟壁画中,最有意思的就是故事画,富有鲜明的生活气息。故事画大体可分三类,一类是宣扬释迦牟尼生平事迹的佛传故事,描绘他从诞生到出家的主要情节,像连环画一样。如北周第290窟,全部图像近80个画面,是我国现存唯一的佛传连环故事画。第二类是宣扬释迦降生前各世转生教化众生的本生故事,大致有几十种,都是表现他前生施头、割肉、喂鹰、挖眼、身钉千钉、舍身饲虎的悲惨场面,歌颂他的自我牺牲精神。其中反复描绘的故事主要有“尸毗王割肉贸鸽”的故事,说有一只鹰追逐一只鸽子,鸽逃到尸毗王处求保护。鹰对尸毗王说,若不还鸽,自己就将饿死。尸毗王为两全其生,便用刀割下自己的肉赎鸽,鹰要求肉与鸽体一样重,尸毗王几乎将肉割尽,仍不如鸽重,索性举身坐在秤盘内。这个故事体现了佛家感人至深的慈悲心肠。

另外一则“月光王施头”的故事,说月光王乐善好施,驰誉各国。有一小国国王毗摩斯那心生妒忌,想要加害于月光王,便以重赏招募婆罗门,凡能得月光王之头的人,许以“分国半治,以女妻之”。有一个叫劳度叉的婆罗门应募,向月光王乞头,月光王答应了。劳度叉持刀要砍,被树神用神通惩治。月光王便向树神说:“我于此树下曾经把自己的人头砍去了999次,施此一次,即满千数。”于是引颈就戮。

还有一则“须达那太子本生故事”,是说叶波国太子须达那乐善好施,有求必应。敌国仇家收买婆罗门8人,向他乞赐国中百战百胜的白象,太子慷慨施与。大臣入宫禀报国王,国王震怒,将须达那驱逐出国。须达那太子携妻儿驱车出走,一路上遇人乞讨,将马、车、衣物施尽,千辛万苦到遥远的檀特山中隐居修行。后来又有一个婆罗门来要他的两个儿子,须达那趁妻子不在,用绳索将儿子捆绑起来交给婆罗门,妻子归来痛不欲生。后来婆罗门将孩子带到叶波国出卖,被国王知道,深受震动,将孙儿赎回,并迎太子回国。

敦煌壁画中还有一类是宣扬度化事迹的因缘故事,“难陀出家因缘”讲的是释迦千方百计劝诫弟弟出家的故事。释迦异母弟名难陀,有妻孙陀利美艳无比,释迦命剃师为难陀剃发,强迫他出家。难陀留恋妻子,一日偷跑回家,被释迦发现,将他唤回,严加训戒,又领他遍游天宫,观诸天女,复游地狱,见汤镬之刑,难陀悔悟,一心从佛出家,成为罗汉。“善事太子入海品”的故事是说,国王勒那跋弥有二子,一个叫善事,一个叫恶事。善事见民众为衣食而杀生害命,便以王宫财物布施穷人。国库将空,决定入海求摩尼宝珠。恶事与他同行。善事取宝珠后,恶事夺走宝珠,刺瞎善事双眼。善事得牛王和牧人相救,伤愈后流落异国,沿街弹琴乞食为生,后被梨师跋国王用作守园人。国王女儿在园中遇见善事,心生爱慕,遂结为夫妇。善事终于双目复明,还归故国。

佛家对人性的弱点认识非常深刻,并不因为一个人有深重的罪孽而放弃对他悔改的希望,不过在他悔改之前,必须令他经历巨大的磨难。“微妙比丘尼缘品”就是宣讲“佛法无边”的故事。微妙前生有罪,以钉子谋害继子,今世遭到报应:丈夫被蛇咬死,儿子有的被狼吃掉,有的淹死在水里。娘家失火,全家死难。微妙再嫁梵志,产子之夜,丈夫酒醉回家,烹煮新生儿逼微妙共食。微妙被迫出走,路遇为新丧妻子上坟的长者子,与长者子结婚,婚后7天丈夫暴亡,微妙被殉葬。强盗来盗墓,微妙得救,又被迫与强盗结婚。强盗被判罪处死,微妙再次殉葬,因狼和狐狸扒坟得救。最后微妙见佛,被度为比丘尼。

除佛教内容外,莫高窟壁画还有一些以中国传统的神话或神仙为题材,如西王母、东王公、伏羲女娲、雷公雨师等自然神,这些在汉代墓壁画中常见。在敦煌石窟中出现,反映了魏晋以来佛教逐渐和道家、儒家思想融合而中国化的一个侧面。此外,还有一些历史事件被搬上了壁画,尤其是张骞通西域的经过,得到了较为细致的表现。

这些壁画的学术价值自不待言,对于我们普通人来说,单单从欣赏的角度就让人得到巨大的快乐。古代各族艺术匠师绘制壁画时表现了高超的艺术造诣,把壁画按时代排列起来,几乎是一部中国古代美术史。对于敦煌,我们只能用一个词来形容才合适,那就是——博大精深。

陆地龙卷风

电影《龙卷风》很多人都看过。片中那摧枯拉朽、横扫一切的龙卷风给大家留下了深刻的印象。这种可怕的狂风是怎样形成的呢?

科学家现在对陆龙卷知道得很少,研究工作还离不开猜测。因此,最了解陆龙卷的专家,还是那些亲历其境而能生存的目击者。

亲身经历过陆龙卷侵袭的人都常说,风来袭之前,天阴而无风,空气热而潮湿。有些人看到风暴云底下有涡旋的气流,也有些人见到两团缓缓旋动的云互相靠拢。大多数人都说,到漏斗状漩涡成形而逐渐移近时,声音非常吓人。前人把这种吼声与马车快速滚过鹅卵石路相比,今人常把这种声音比作一队喷气式飞机低飞掠过。

这种吼声可能与飓风及台风所发的声音有关,可是有些亲历其境的人说,陆龙卷来时有一种莫名其妙的声音,“像百万蜜蜂齐哼的嗡嗡声”,等陆龙卷真正袭来时,接近风眼路径的人常听到类似炸弹爆炸的声音。

炸弹爆炸的比喻用得很恰当,因为陆龙卷过后,地面好像经过饱和轰炸一般。建筑物裂开,顶盖掀起,住宅东歪西倒,还有些屋舍片瓦不存,只剩地窖和底脚。汽车、飞机、住宿用的拖车都给风卷一起带走,然后抛落坠毁,简直就像抛玩具一样。篱笆铁线或给扭成绳索样子,或卷成捆,火车头有时也给吹离铁轨而翻倒,可怕的风力有时能把铁轨也扯起来。

陆龙卷除了力大无穷,还会耍把戏,例如不把一群鸡吹死,但把鸡毛拔光。陆龙卷曾把盖屋的铁皮紧缠在电线杆上,把一根根木头像长矛般插穿房屋和刺中家畜,还有一回插穿一辆货车的轮胎。陆龙卷另一种较为细致而同等惊人的本领,是把小棍和草秆像铁钉一般插入人体内。

这种风既然如此凶猛,虽然寿命不长——一般不超过一小时,但所经之处,多有伤亡就不足为怪了。世界上每年死于陆龙卷的人,数以百计,伤者成千成万,财物损失要以百万美元计。

陆龙卷比其他类型的风暴猛烈得多,那么它的风速是多少呢?没有人能实地测量过,因此科学家只好根据所受的灾害来间接估计。布鲁克斯博士是美国测量风速的权威人士,他的估计较为可靠。依他的计算,像1953年6月间闯过马萨诸塞州乌斯特市那个毁坏力特强的陆龙卷,既能把高压电缆的支架摧毁,风速应该在每小时480千米左右。还有些科学家揣测,旋风风速可达每小时800千米~900千米,另有一些人竟然估计超过音速。不过,这些高速之说目前仍有甚多争论,有些科学家认为,风速不会超过每小时300千米。

那么陆龙卷是如何形成的呢?让我们先看看已搜集的实地资料,然后研究有待解答的问题。

陆龙卷是旋风族的一员,其他成员有小至微型的尘卷,大至吹过半个大洲的冬季风暴。陆龙卷归于旋风族中较小成员之类。与那些在晴天形成、较为有力的大尘卷及温和的海龙卷不同,陆龙卷只在大雷暴的时候出现,平均大约1000个雷暴才生出1个陆龙卷。

在著名漏斗状的涡旋出现之前,已可看到母云底部在打旋,上升空气就在那里渐渐形成陆龙卷。涡旋越来越大,速度也越来越快,漏斗柱从云中向地面垂下来,有如一条象鼻。有时不是一直垂下到地面,而是勾回云端,这种情形的陆龙卷便只会危及飞机。

倘若漏斗柱到地,气旋就搅起一团尘云。常有人说在这团尘云里见到雀鸟绕着斗飞翔;事实上,所见的“雀鸟”是在旋风中飞舞的屋顶、房屋被毁后的零星瓦砾,以及其他杂物等。陆龙卷只在漏斗柱所经之处造成灾害,因此,也许一座房屋荡然无存,而隔壁一座却安然无恙。

雷暴生旋风之事,以温带为多——大概是由于温带地区温度差异大,冷暖气团相遇时雷暴更加猛烈。北美中部有“陆龙卷之乡”之称,这无疑是当地人不欢迎的一项“世界之最”。那个地区的雷暴通常都很猛烈,尤其是在春季。在墨西哥湾一带,陆龙卷季节始于2月,春夏两季移向北方。

陆龙卷多在下午3时左右形成,这时太阳把空气加热至全日最高点。夜里也不是绝对没有陆龙卷,不论何时发生,漏斗柱通常以母云的速度移动,慢时等于我们步行的速度,快时可达每小时110多千米。一般来说,在一地为患不会超过1分钟,有时仅数秒而已。

目前解释陆龙卷成因最普遍的说法是“空气说”。这种说法认为大气中下层空气又暖和又湿,上层空气又冷又干,到这两层空气的温度相差极大时,就会造成陆龙卷,因为暖空气上升进入冷空气时,水分凝结,放出热同时产生一股足以造成陆龙卷的强烈涡旋上升气流。但是这个说法解释雷雨云比解释陆龙卷好得多。单单是温差,似乎仍不能产生那么强烈的陆龙卷风力——甚至连威力不及一半的风也难产生。温差也无法解释为什么只有最大、最猛的雷暴才产生陆龙卷。另外有一种说法则认为,陆龙卷附近常见到落下的大雹块是这种风的成因。可是气象学家多半认为,冰雹无法引发陆龙卷的上升气流,何况,陆龙卷又不一定都带有冰雹。

那么,陆龙卷的成因是什么呢?百多年前,曾有一种电气说一度甚为流行。1830年末,美国科学家黑尔说:“我研究过所有事实后,认为陆龙卷是一股代替通常闪电而使地面与云之间放电的带电气流所造成。”大约同一时间,法国物理学家贝奇埃写了一整本书,阐述陆龙卷确有电气本质。

陆龙卷的电气说当时显然有相当多人接纳,直到1887年,美国陆军通讯队的芬德利上校举出143个理由,说明陆龙卷不可能由电气造成。自此以后,电气说便失去了科学界的支持,这个概念也几乎被人完全遗忘了。

美国白艾思先生是一个大气科学家,研究大气现象已有25年余。由1953年陆龙卷摧残乌斯特市时开始,艾思才对陆龙卷的电气说发生兴趣。那晚,艾思从剑桥市的一个研究室下班回到家里,接到友人电话,说在大西洋上空东南方有很不寻常的闪电。艾思来到岸边,见到平生所见最壮观的闪电。闪电与6小时前在乌斯特市出现的陆龙卷,是同一风暴造成,艾思那时看见几乎恒定的亮光——每秒钟起码有20道闪光。据当时相距约一百里所拍摄的照片,艾思能推算出闪电来自雷雨云的云端,云顶距海面约20千米。艾思于是估计产生这样一个景象所需的电力,得出一个难以置信的数字——约1亿千瓦,与当时全美国总发电量相近。

艾思随即忽发奇想,也许这样的电能与陆龙卷的形成会有点关系,因为这样大的力量足以产生推动陆龙卷的风。艾思于是着手翻查陆龙卷的资料,调查两件事:这类风暴是否经常有闪电相随?目击者观察到任何不寻常电气现象吗?两个问题都有肯定答案。

艾思查阅《美国的陆龙卷》一书,读到一位曾在航空公司担任气象工作的人说,陆龙卷大抵都有一种特殊而强烈的闪电相随。该书又记录一位目击者的话:“有一种嘶嘶尖叫之声,直接从漏斗柱尽头传来。我抬头仰望,直望到陆龙卷的中心,真难以置信。漏斗柱中央有个圆洞,依我在那种环境所能做出的估量,直径大约50至100英尺(15米~30米),一直向上伸展,起码有半里高,两壁都是旋动的石,整个洞给闪电照得通明,闪电不断显现,由一边到另一边,成之字形。若无闪电,我也看不见洞口和任何洞内情景。”

艾思在翻阅资料时发现陆龙卷与闪电相随之事,人类早已知道,所以拉丁文有“普雷斯特龙卷”一词,意为“一种旋风降落地上,形如火柱”。显然,艾思以为很新的“电气说”,也许应当称为古老的正统解释。

但艾思仍然需要更多的证据。因此,美国每有陆龙卷,艾思就致函当地报纸编辑,请那些曾在近距离目击陆龙卷的人细说经历。

艾思搜集所得的资料,有不少证据证实了前人所述的细节,并且新添一些宝贵的细节。前人说嗅到硫磺或煤气味,今人比拟为电机发出的气味。懂得化学的人,就说是臭氧或者是氮氧化合物的气味,这些都是放电所产生的。曾藏身地窖躲避风暴的人,记得几乎被一种浅绿色气体闷死。又有人报告说,面部与手臂出现严重晒斑,可能是受到了电气活动发出的紫外线近距离照射。漏斗柱的内部,从前的人说像个发光的管,现在人的应该说“像个巨型霓虹灯管”了。

这类新增资料很有用,但大多数仍未能解释科学家的疑团。科学家不相信“传闻”的报道,要看“客观的”佐证与科学测量数据。不过,近几年来,找到两项又可靠又客观的证据,使更多人相信电在旋风中所起的作用。

头一项是因为有个陆龙卷在美国俄克拉荷马州土耳沙市附近的地球物理观测台附近经过。风过时,发现观测台记录到多种干扰,如流过地球的电流有急剧波动,强度也有改变。这种强度变化,说明有强大电流忽然流过。新墨西哥州采故工艺学院的布鲁克教授,依据这些数据,计算出在陆龙卷经过时,有一道大过100安培的电流通渠道,流过当地达10分钟之久。从这个电流强度和已知雷暴所产生的电压来计算,放出的电力有可能大得足以推动陆龙卷。

另一项使人兴奋的客观证据,是詹姆斯·韦尔在1965年4月11日星期日晚上拍得的一张照片。他当时在美国俄亥俄州托利多市。他家一带早已在下雹,雹块这时更大了。他想做个试验——能不能借闪电的光度拍出前景地上的雹块呢?他向托利多市那边拍了一连串的照片,却不知道该市正遇上陆龙卷。

次晨,他在影室中,瞧瞧显影后的底片,想把一张似乎因漏光而起了雾翳的底片丢掉。可是有些东西引起这位摄影家的好奇心,他就把底片再细看一遍。他看出那两道有点模糊的垂直光带并没有越出底片药膜的范围,而漏了光的底片也不会这样。于是,他印了一张正片。后来,科学分析与托利多市内目睹其事的人都证明,韦尔所拍得的是一对真真实实的发光柱子——大概是两个陆龙卷漏斗柱被涡旋中某种放电作用照亮了。

这样的证据足以证实,起码在一些陆龙卷中有强烈的发光活动或者有强大电流。不过,这项证据所引起的问题要比它所解答的谜团更多。比方说,这种电气活动是一切陆龙卷共有的吗?它的性质如何?它是陆龙卷的前因还是后果?倘若这些问题得到解答,我们的气象知识就大为进步,而且科学家也就可能发明一些控制陆龙卷的技术,消除旋风对人类的危害了。

鱼身花纹之谜

如果观察一下鱼,就会发觉,几乎绝大部分的鱼体两侧,都有一条线状的花纹,从头部一直通向尾的末端,这就是鱼类的侧线。鱼类的侧线多数为1对。但少数的为2对或3对,如宽体舌鳎。也有极少数的为5对,如六线钱有5对侧线。侧线是鱼类适应水中生活的重要感觉器官,大多数鱼类如果没有侧线就难以在水中生存。

茫茫无际的大海,在波涛汹涌的海面下,有无数的暗礁和险滩,给船只航行带来很大麻烦。但是,鱼从来不会像船那样触礁,那就是靠侧线的作用。当海洋的波涛拍击着礁石险滩,引起水流和振动频率的改变,鱼的侧线就能及时地觉察这些变化,准确地改变自己游动的方向,安全地绕过暗礁和险滩。

鱼身上的侧线,还能感受内耳不能感受的低频振动,这对寻找饵料也具有重要作用。鱼生活在水中,依靠浮游生物、小鱼、小虾为饵料。小鱼、小虾在水中轻微的游动,或者风吹动引起的浮游生物波动,鱼类都能通过侧线感觉到,并且准确无误地找到这些饵料。科学家曾经做过这样的试验:把狗鱼的眼睛弄瞎后,它照常能捕捉食物;如果把它的侧线切断,就再也不能捕捉食物了。

鱼在成群洄游时,还能通过侧线及时了解同伴的动向,起到保持通讯联络的作用。

侧线还可以弥补鱼的视线不足。鱼和其他脊椎动物一样,一般都长有眼睛。但是,光线强弱对鱼的眼睛结构有很大的影响。有的长期生活在大海深处的鱼,因光线暗淡,眼睛失去作用;另外有些生活在洞穴里、井里和地下水里的鱼,因终年不见阳光,眼睛变得非常小,甚至完全没有,如美国盲鱼、古巴盲鱼。而这些鱼类的侧线就特别发达,它在警戒敌害侵袭和摄取饵料时,发挥了很大作用。

侧线之所以有这样的功能,是与侧线有一完整的神经组织有关。这组织的构造是这样的:在鱼体外表的侧线是些小孔,这些小孔接通皮下侧线管,管壁上分布有许多感觉结节,靠感觉细胞上的神经末梢,通过侧线神经而直达脑部,形成了一个统一的神经网,所以鱼脑能及时地感觉到水的波动,并作出迅速的反应。

无眼鱼之谜

1976年,云南的探水人员在寻找新水源时,从100米深外的地下水中捉到了一条34毫米的小鱼,当人们仔细观察这条小鱼时,发现了一个奇怪的现象:这条鱼是没有眼睛的!

科学界引起了强烈的轰动。经过专家们的努力,先后在中国云南、广西、贵州一带和湖南等地又相继发现21种无眼鱼。这些无眼鱼从外形到颜色,与常见的有眼鱼完全不同。见到过无眼鱼标本的国内外专家无不感叹地说:“这是来自于另一个星球上的鱼类!”

人们都知道,眼睛作为动物的视觉器官,早在脊椎动物出现以前就已经进化出来,可以说,至今所有的正常脊椎动物都是有眼睛的。那么,为什么会出现无眼的鱼呢?原来,这是在特殊的自然环境下生物演化的结果。这些无眼鱼全都生活在中国南部洞穴的地下河流中,洞穴内部是一个完全黑暗无光的世界。

对于在这里生活的鱼类而言,眼睛便成了一种多余的器官,在漫长的历史岁月中,逐渐退化消失。这些无眼鱼在洞穴中至少生存了数万年之久,世世代代的繁衍逐渐使它们的体态适应了洞穴中的环境,形成了与地面水体中的亲缘鱼类不同的种群。

由于洞内黑暗无光,又没有绿色植物,食物匮乏,水温恒定,环境封闭,无眼鱼在眼睛退化的同时,触须等感觉器官却进一步发展,一些高度进化的种类还生出了奇形怪状的派生感觉器官。如许多类无眼鱼头背部都生出锥状突,可能就是它们为适应新环境演化出来的特殊感觉器官。它们在失去了视觉能力的情况下,依靠这些感觉器官探寻食物、寻找伴侣,顽强地生存和繁衍后代。

不容置疑的是,洞穴中的无眼鱼类因数量极为稀少而且形态独特已经成为我国的珍稀鱼类。许多抽象的生物学原理,诸如“趋同现象”、动物器官的“用进废退”等,只要看看无眼鱼自然会一目了然。

但是,这些鱼类是怎样进入洞穴来的呢?对此,有人认为,这是在生物界弱肉强食的压力下,一些本来生活在地面水体中的小鱼为寻找安全的环境而另找出路的一种选择。也有人认为,是由于环境的变迁,如本来通向地面的河流因洞口的崩塌而被隔离,于是河水中的鱼不得不在洞中生活并适应新的环境。对此科学家们尚无一致的说法。

鸭嘴兽之谜

在澳大利亚东南部沿海的塔斯马尼亚岛上,有一种奇特的动物,叫鸭嘴兽。这种奇特的动物有一张鸭嘴似的嘴,但嘴里没有牙齿;它披着一身毛,像爬行动物一样产硬壳的蛋;脚上有蹼,像只鸭子;用奶喂小兽,但没有奶头。它在河流湖泊中生活,在岸上地洞里歇息。雄性鸭嘴兽有毒腺,长在后腿上,这使它能像蛇一样袭击其他动物。生物学家们认为,鸭嘴兽是世界上最古老的哺乳动物之一。

鸭嘴兽身上的器官令人觉得不可思议。1800年,当旅行家们将鸭嘴兽的标本第一次送到英格兰时,人们普遍认为这是伪造的。因为不久前,有人曾声言找到一条“真正的美人鱼”,这个消息轰动一时,可后来人们发现那所谓的“真正的美人鱼”,不过是把猴头缝在鱼身上。所以很多人都认为鸭嘴兽是个类似的骗局——一只用同样方法制作的有鸭嘴和脚蹼的海狸。一年后,一位英国科学家得到一只保存在酒精中的鸭嘴兽,他对那只鸭嘴兽做了全面解剖之后向公众宣布这是真的。

鸭嘴兽的发现,引起生物学界极大的兴趣。人们在对它进行了细致的研究后发现,它有一身能适应水中生活环境的毛,这一点很像海狸。有蹼的脚对于一个生活在水中的哺乳动物来说极为罕见。而它那鸭子样的嘴是软的,橡胶状,感觉敏锐,灵敏度极高。鸭嘴兽一潜入水中就会闭上眼睛和耳朵,全靠那极其灵敏的嘴去寻找食物。

由于鸭嘴兽既下蛋又哺乳,生物学家曾对其该如何分类伤透了脑筋。最后,只好以毛和奶作为分类的依据,将鸭嘴兽列入哺乳类,称它为“卵生哺乳动物”。因为世界上只有哺乳动物有毛并能分泌真正的乳汁,而这两个特点鸭嘴兽都具备。

鸭嘴兽习惯于白天睡觉,晚上出来觅食,青蛙、蚯蚓、昆虫等都是它的食物。它的消化机能特别强,一只鸭嘴兽体重不到1千克,但一天能吃下相当于自己体重一半的食物,有时甚至更多。在喂养幼兽阶段,雌鸭嘴兽要吃掉重量和自己体重一样多的食物。动物学家估计,这样大的食量,使得鸭嘴兽每天在野地里用多于14小时的时间去觅食。

鸭嘴兽总是在河边打洞,洞有两个出口,一个通往水中,一个通往陆上的草丛。它用爪挖洞的本领很高超,即使在坚硬的河岸上,也能在十几分钟内挖出约1米深的洞。有的洞长达几十米,里面有准备产卵用的宽敞的“卧室”。

鸭嘴兽既不同于哺乳类,又不同于爬行类、鸟类。它生殖、繁衍后代的方式非常奇特。它既下蛋,又哺乳。鸭嘴兽与鸟类、爬行类也有相似之处:卵、尿、粪都由一个孔排出体外,所以叫“单孔类”。雌兽受精后在体内发育成两个卵。卵排出后,由母兽孵化,十天后,小兽破壳而出。母兽没有乳房和乳头,只在腹部有一片乳区,像出汗一样分泌乳汁,小兽就爬到母兽的腹部舔食乳汁。两个月后,幼兽睁开眼睛,但活动能力还很弱,4个月后,小兽能独立游泳、觅食。

还有个奇特现象,成年鸭嘴兽没有牙齿,而小兽出壳前有一种特别锋利的“卵牙”,用来打开卵壳。出壳后,“卵牙”很快脱落,又长起十多颗“牙”,接着又脱落,再生出来的是特化了的角质垫,是成兽当牙用的进食工具。

鸭嘴兽一般吃虫类、蚯蚓、蝌蚪、青蛙等。它的食量很大,吃相滑稽可笑,边吃边摇头晃脑。它的大部分时间是在水中度过的,连“婚礼”也在水中举行。

鸭嘴兽是从鸟类到哺乳类之间的过渡型动物。目前只分布在澳大利亚。关于它的祖先,现在还没有结论。

与爬行动物相比,鸭嘴兽显然是比较高等的动物,因为它虽属卵生,却是哺乳的。但在哺乳动物中它却是最低等的。它生蛋和排泄粪尿都用一个器官,属于单孔类动物。澳大利亚是目前世界上唯一的单孔类动物的故乡,除了鸭嘴兽外,在当地还有一种单孔类动物,叫针鼹。

计算圆周率的历程

人类在很早以前,从生活和生产的实践中,就发现了“一个圆的周长与其直径之比是一个定数”。这个定数被后世称为圆周率,大数学家欧拉在1737年采用符号“π”表示圆周率,以后才普遍使用。从古到今,人类为求出这个π值,不知走过多么漫长而曲折的道路。在数学史上,π值的精确度,曾代表着一个国家的数学水平。我们中国人,在求π值的精确度上,曾创造过辉煌,代表了人类那段时期数学的最高成就。

早期的圆周率

我国第一部数学算书《周髀算经》中,就记载有圆“周三径一”这一结论。东汉时期官方还明文规定圆周率取3为计算面积的标准。后人称之为“古率”。古代还有许多国家也取圆周率为3,如埃及、巴比伦、印度、日本等,在《圣经》中也有记载。在实践中,人们发现用古率去计算诸如圆的周长、面积,其值均比实际小。于是不断有人用经验去修正圆周率值。稍后,古埃及人将圆周率的值精确到3.1605,古巴比伦人则取圆周率值为3.125,印度、阿拉伯等

公元前250年,阿基米德用边数越来越多的圆内接或外切正多边形的周长和面积来近似代替圆,以确定圆周率的方法。当正多边形的边数越大时,得到的圆周率越精确。阿基米德算到正96边形,得到当时圆周率的最好近似值取圆周率3.1418。这是世界上第一次提出圆周率的科学计算方法。到公元前5世纪,希腊已将圆周率精确到3.1416,这在世界上是领先的。

我国最早对古率的修正是公元5年左右,汉王莽时期的刘歆,他得到的圆周率=3.15466……这个圆周率虽不够精确,却为摆脱“古率”的限制迈出了勇敢的一步。继之,发明浑天仪和候风地动仪的大科学家张衡(东汉时期),也探求过圆周率值。他是利用球体体积来计算的。但因他依据的球与外切圆柱体、外切立方体诸体积之比的理论,当时有错误,以至于得到的圆周率=

割圆术求π值

反不如刘歆的精确,实在是可惜。

继阿基米德之后,约在公元150年,希腊天文学家托勒密求得圆周率=3.141666。晚于他的我国天文学家王蕃于公元255年,用勾股法求得圆周率=3.1555。

公元263年,魏晋时期的刘徽在《九章算术法》中,首创用“割圆术”去求圆周率。即通过不断倍增圆内接正多边形的边数来求圆周长的方法。刘徽从计算圆内接正六边形开始(此时边长等于半径),再计算正12边形周长,即将圆周12等分,进而正24边形,正48边形,直算到正周192边形,即将圆周192等分,用其周长去近似表示圆的周长。并说:“割之弥细,所失弥少。割之又割,以至于不可割,则与圆周合体,而无所失矣。”这就是说,当圆内接正多边数无限增加时,这个正多边形的周长,就无限逼近圆的周长。这种“无限逼近”的思维方法正是近代数学基础的极限思维方式。这种极限思维方式,虽早在春秋时代庄子的书中就有了,但将这种极限思维用于解决数学问题,刘徽乃第一人。

刘徽计算圆内按正192边形求圆周率,可不是简单的事。当时计算工具还十分落后,要计算是用筹算,得拿一捆细的棍棒(称为算筹)摆弄半天才算得一个数。算圆内接正多边形的边数每翻一番,至少要进行7次运算。其中除了加减运算还要计算2次乘方和2次开方。刘徽算到正192边形,边数翻了5番,算出的圆周率为3.141024与3.142704之间。可想而知,用筹算进行超过六位小数的乘方运算及开方运算,这需要多么熟练的运算技巧,需要多么顽强的毅力。刘徽算出的圆周率,虽然精确度只是3.14,但他开创的“割圆术”,以及对许多数学问题独创性的见解,使他受到世人的赞誉。

祖冲之创造的世界纪录

公元5世纪中国南北朝时期,祖冲之“专政数术,搜练古今,博采沉奥”,成为我国古代最伟大的数学家、天文学家、机械学家。

祖冲之祖籍阳遒(今河北省沫水县北)人,公元429年生于江南。他祖上几代人都研究历法,受家庭熏陶,祖冲之自幼便对数学和天文产生了浓厚的兴趣。他年轻时胸怀雄心壮志,学习非常刻苦勤奋,阅读和研究了有关天文、数学的大量著作,同时又注重实际观测。经过长期钻研磨炼,终于成为杰出的学者。

祖冲之青年时代曾在刘宋政府的华林省从事研究工作,后升任南徐州(今镇江)从事史,继又赴建康(今南京)任公府参军,渴者什射(朝廷礼书官),长水校尉等职。祖冲之就在这“江南佳丽地,金陵帝王州”度过了他一生的主要时光。

祖冲之对世界最大的贡献就是对圆周率的研究。据《隋书·律历志》记载,祖冲之求得“以圆径一亿为一丈,圆周盈数三文一尺四寸一分五厘九毫二秒七忽,助教三丈一尺四寸一分五厘九毫二秒六忽,正数在盈朒之间。密率:圆径一百十三,圆周三百五十五;约率:圆径七圆周二十二。”这就是说,祖冲之求出的结果为:

3.1415926<圆周率<3.1415927这个精确到小数点后七位的圆周率,在当时是非常了不起的成就。这个世界级的精确度,由祖冲之创造,并由他保持了一千年,直到15世纪,才由中亚的阿尔·卡希打破,得到精确到小数16位的值。

在筹算的时代,祖冲之是怎样求出精确到7位小数的圆周率值呢?说来真是遗憾。祖冲之写了一本非常优秀的数学著作《缀术》,其中包括了对圆周率的研究及成果,以及其他的丰富内容,该书曾被唐国子监和朝鲜、日本用做算术课本。但隋唐时“学官莫能究其深奥,是故废而不理”。这就是说,在隋唐那个重文轻理的时代,当官的多不懂数学,祖冲之著的《缀术》,他们根本就看不懂,因此当废物弃之。到了北宋的1084年刻印各种算经时就找不见《缀术》了。这不能不说是世界数学史上的重大损失。

因此,祖冲之到底怎样算出圆周率值的,也就成了千古之谜。

后世数学家也多有研究这千古之谜的,总想探求祖冲之求圆周率的方法。若祖冲之是在前人成就的基础上,用“割圆术”去求圆周率,那么从圆内按正六边形开始,要将其边数翻11番,算到圆内接正12288边形,才能得到这样精确度的值。若用密率作为圆周率,计算一个直径10千米的圆周长,结果只比真值还不大到3毫米。从这我们可以看到,祖冲之在求圆周率时的艰辛,以及所求圆周率的精确程度。我国自汉代便存在着“连分数术”。近代多有人认为祖冲之是用此法求的圆周率。但当时只能用筹算去算数,按精确到小数点7位去计算,那么,小数至少要保留12位,而12位小数的一次乘方和开方,就绝非易事。无论他采用何种方法,在当时的条件下,祖冲之能算出精确到七位小数的圆周率是多么的不容易。正是这不容易,才构成了祖冲之的伟大,才使中国的数学在全世界独领风骚1000年。

祖冲之成为中华民族的骄傲,人们将它的“密率”称为“祖率”。人类为了纪念这位数学家,将月球背面发现的一个环形山谷,命名为“祖冲之山谷”。

π值的近代计算

祖冲之之后的许多数学家,也对圆周率进行过研究,但都不如他所求的值精确,直到一千年后,由中亚的阿尔·卡希得到精确度为小数16位的圆周率。而此时已经有阿拉伯数字进行笔算。

17世纪,瓦里斯给出了圆周率的有理式或极限形式。范瑟朗给出精确到35位小数的圆周率。1853年,番克斯计算π值,精确度达到小数607位。

电子计算机出现以后,π的计算工作有了更大进展,1949年美国赖脱威逊用ENIAE计算机工作70小时求得的2034位小数值。1973年两位法国女数学家利用7600CDC型电子计算机得到100万位小数的π值。1983年计算到16777216位小数。现在有人已计算到上亿位,甚至10亿位。

在π的近似值的“马拉松”式的计算竞赛中,一直没有发现任何循环的现象。希望π是有理数的期望渐渐暗淡了,直到1761年德国数学家兰伯特证明了π是无理数。1882年,德国数学家林德曼借助于eix=-1证明了是一个超越数。

为了实际计算的需要,这是π值计算的初衷,因为许多场合涉及圆周率。但是,计算π的意义并不是单纯为了实际计算的需要,就近代科学所需要的精密度来说,即使需要几十亿分之一的精确度,也只不过需要用到π的10位小数就足够了。而关于π值多位数的计算却发现了它有许多迷人的性质。π的理论和性质可以有各种各样,它是一个深深的丰富的宝地,几千年来一直引起人们的极大兴趣,并且不断地研究。

魅力无穷的完全数之谜

公元前3世纪时,古希腊数学家对数字情有独钟。他们在对数的因数分解中,发现了一引起奇妙的性质,如有的数的真因数之和彼此相等,于是诞生了亲和数;而有的真因数之和居然等于自身,于是发现了完全数。6是人们最先认识的完全数。

发现完全数

研究数字的先师毕达哥拉斯发现6的真因数1、2、3之和还等于6,他十分感兴趣地说:“6象征着完满的婚姻以及健康和美丽,因为它的部分是完整的,并且其和等于自身。”

古希腊哲学家柏拉图在他的《共和国》一书中提出了完全数的概念。

约公元前300年,几何大师欧几里得在他的巨著《几何原本》第九章最后一个命题首次给出了寻找完全数的方法,被誉为欧几里得定理:“如果有一个自然数n符合(2n-1)是质数则(2^P-1)×2^(P-1)为完全数。”并给出了证明。

公元1世纪,毕达哥拉斯学派成员、古希腊著名数学家尼可马修斯在他的数论专著《算术入门》一书中,正确地给出了6、28、496、8128这四个完全数,并且通俗地复述了欧几里得寻找完全数的定理及其证明。他还将自然数划分为三类:富裕数、不足数和完全数,其意义分别是小于、大于和等于所有真因数之和。

神秘的第五个完全数

完全数在古希腊诞生后,吸引着众多数学家和数学爱好者像淘金般去寻找。可是,一代又一代人付出了无数的心血,第五个完全数没人找到。

后来,由于欧洲不断进行战争,希腊、罗马科学逐渐衰退。一些优秀的科学家带着他们的成果和智慧纷纷逃到阿拉伯、印度、意大利等国,从此,希腊、罗马文明一蹶不振。

直到1202年才出现一线曙光。意大利的斐波那契,青年时随父游历古代文明的希腊、埃及、阿拉伯等地区,学到了不少数学知识。他才华横溢,回国后潜心研究所搜集的数学,写出了名著《算盘书》,成为13世纪在欧洲传播东方文化和系统将东方数学介绍到西方的第一个人,并且成为西方文艺复兴前夜的数学启明星。斐波那契没有放过完全数的研究。他经过推算宣布找到了一个寻找完全数的有效法则,可惜没有人共鸣,成为过眼烟云。

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