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十九、“本纳德水花”——科学对象的美
    美是自然的一种作品。

    ——塔索(意大利美学家)

    从基本粒子的微观世界到浩渺无际的天体宇宙,处处充满着绚丽多彩、生机勃勃的景色,处处充满着新奇、对称、有序的美的节律。这些都使人们感到兴奋和激动。譬如,在研究自然界从无序向有序转化规律的耗散结构理论中,有一个最早用来说明耗散结构物理图景的实例,它是由本纳德最先发现并构成他的博士论文的流体力学实验。实验过程如下:

    水被限制在两平面的薄层之间,上面为一透明板,温度为TB,下面加热板,温度为TA,如图6中(a)所示。

    (无图)

    当TA=TB时,水处于平衡状态,观察不到任何现象。

    当TA>TB,即给水加热时,水处于非平衡状态;若保持TA、TB不变,则水处于非平衡定态。加热开始时水无宏观运动。

    当TA-TB=TC(TC为临界温度),这时实验现象就可被观察到:突然出现水的宏观整体运动。这种运动从侧面看,则如同“蛋卷”,且两相邻水花的旋转方向相反,如图6中(b)所示。若从上面的透明板观察,更是奇妙无穷,出现了许多规则的正六角形对流格子,水从六角形的格子中心流出,沿六边流下,如图6中(c)所示。这种现象就是著名的本纳德流或本纳德水花,如图6中(d)所示。这种水花是远离平衡态自发形成的一种空间有序结构,这就是耗散结构。

    的确,世界是美的、有序的、和谐的。生物学家海克尔说过:“一枝藓,一根草茎,一个甲虫,一只蝴蝶,只要详加研究,即可发现其美。”这同艺术家的见解是一致的。罗丹说:“美是到处都有的。对于我们的眼睛,不是缺少美,而是缺少发现。”

    大自然在外观上的缤纷多姿,在结构上的对称新奇,在运动上的和谐有序等等都向我们人类心间灌注了一种崇高和伟大的爱,吸引着科学家全力倾注于探索其奥秘的伟大事业之中。正如爱因斯坦所说:“照亮我的道路,并且不断地给我新的勇气去愉快地正视生活的理想,是善、美和真。”

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