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蝉 与质数

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發表於 2020-12-12 08:48:47 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
早在300多年前,来自欧洲的殖民者在美洲大陆田纳西地区经历了一场恐怖:大量的蝉仿佛一夜之间从地底冒出,每公顷数百万只蝉实在让人害怕。几个星期过后,蝉儿销声匿迹。时隔17年,这一现象再次出现;又隔17年,蝉儿又再度出现,周期非常准确。

这一现象引起了科学家的注意,多年来大量的实际观测数据表明,蝉的生命周期大都为质数。比如,科学家发现,在北美洲北部地区其周期为17年,而在北美洲南部地区都是13年。为什么是17和13,而不是其他数字呢?

进化论给了这个问题一个比较合理的答案。科学家解释说,蝉在卵孵化以后,幼虫“潜伏”在地下靠植物根茎的汁液吸取营养,然后在长达数年、甚至十几年的某一特定周期后钻出地面并爬上树干,此后的短短数周,它们完成产卵的使命后就结束了一生。蝉在进化的过程中选择质数为生命周期,可以大大降低在地面与天敌遭遇的机率。比如说,如果蝉的生命周期是12年,则它与那些生命周期为1年、2年、3年、4年、6年及12年的天敌都可能发生遭遇,而使得种群生存受威胁,这些蝉就会因为在生存竞争中处于劣势而被淘汰掉。这恰恰是分解质因数的原理。

2002年,德国马普学会分子生理学研究所以及智利大学的科学家们发表论文介绍说,他们通过建立一个“猎人-猎物”的数学模型--即将蝉比作“猎物”,其天敌比作“猎人”--用数论证明了蝉选择质数作为生命周期可以稳定地保存种群数量,对上述理论给予了合理的证明。

科学家介绍说,他们的模型不仅从顺序推理,即在考虑自然界各种生物原则的情况下按照时空顺序发展得到了质数生存周期将优先出现的结论;而且通过逆向推理,即根据自然现状回溯推算循环初期的状况,也得到了将产生质数周期的结论。


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