太陽係在銀河星係的邊緣。據科學家推測,銀河星係外的河外星係更多,但也都具有螺線的數學結構形式。
在自然界中,這種螺線結構也有著廣泛的分布。組成生命的蛋白質分子和核酸分子,其空間結構就是一種螺線結構。蜘蛛也是一種有著奇妙的螺線概念的小生命,一天到晚總是編織著螺線形的網。牛角和蝸牛殼都是按螺線形生長的,從小到大,新生的部分都嚴格按照原有的螺線形結構增生。
不僅自然界中許多生物是按螺線形式生長或運行,人類認識事物的過程或人類認識的曆史也常常是以螺線的形式展開的,這就是所謂的認識的螺旋線。許多科學家喜歡螺線,除了其優美曲線的魅力外,還因為他們深受自然界普遍存在著螺線形式的吸引。早在古希臘時代,阿基米德就研究過螺線。如果一隻小蟲以相等的速度在一個等速旋轉著的轉盤的半徑方向上爬,畫出的一條曲線就是所謂的阿基米德(等速)螺線。笛卡兒曾描述過對數(等角)螺線,這種螺線有幾個特點:螺線切線同螺線半徑所形成的角是全等的,所以也稱等角螺線;以幾何速率增大,因此任何半徑被螺線分割成的線段形成幾何級數;長大時形狀不變。
對數螺線(等角螺線)分布得很廣,出現在自然界的鸚鵡螺殼、向日葵頭狀花序、圓形織網蛛的網等生長形式中,它同生物生長的現象有著直接的關係,難怪英國科學家科克把這些螺線稱為“生命的曲線”。
總之,螺線看來似乎是傳達運動、生長的數學對象。實際上,螺線包括了一族曲線,從二維螺線(例如對數(等角)螺線和阿基米德(等速)螺線)到三維螺線(例如蚌線和螺旋線)。
此外,還有人為設計出來的螺線,即所謂的直線螺線。
形成的方法是先做出一套正多邊形,其中每一個小一號的多邊形由比它大一號的多邊形的中點連接而成。觀察一套多邊形時,必須將它塗上顏色才能看出螺線的形狀。這些螺線還有許多變種。其中有些變種同追蹤問題有關,例如以下介紹的四蜘蛛問題。
四隻蜘蛛從正方形的四角開始爬行。每一隻蜘蛛以定速對準著它右麵的一隻爬行,結果是向中心移動。這樣,這四隻蜘蛛總是位於一個正方形的四個頂點上。由蜘蛛的爬行路線形成的曲線也是等角螺線。初始正方形的大小和蜘蛛的速率確定了到蜘蛛相遇所需的時間。
另一有名的直線螺線是利用畢達哥拉斯定理(勾股定理)作出平方根數而產生的。
這裏要說明一下螺線和螺旋線的區別。螺線是指出現在自然界許多場合的數學形式,例如貝殼、龍卷風、颶風、鬆果、銀河係、漩渦等曲線,具體的有平坦螺線、三維螺線、右手和左手螺線、對數(等角)螺線、雙曲螺線、阿基米德(等速)螺線等。而螺旋線則是指由數學公式所表示的許多螺線類型中的幾種。
在股票投資市場中久享盛名的分析工具———江恩方陣圖不是遊戲方陣,更不是數字幻方。它可看成是前麵介紹的存在於大自然中的直線螺線的又一個變種———江恩方形螺線。