七君

　　夏天在外邊吃飯的時(shí)候，蒼蠅經(jīng)常會(huì)不請(qǐng)自來(lái)。打蒼蠅是件技術(shù)活，因?yàn)樯n蠅的飛行軌跡十分詭異，人類只靠雙手很難找到準(zhǔn)頭。所以問(wèn)題來(lái)了，蒼蠅為什么這么難打呢？

　　蒼蠅亂飛居然蘊(yùn)含數(shù)學(xué)原理

　　你可能不知道，蒼蠅這樣亂飛，實(shí)際上應(yīng)用了一種強(qiáng)大的數(shù)學(xué)原理，這個(gè)原理讓它們的飛行軌跡難以捉摸，從而避免被打中。這種數(shù)學(xué)原理，就叫做萊維飛行。萊維飛行屬于隨機(jī)游走，也就是說(shuō)它的軌跡并不能被準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，就和蒼蠅的飛行軌跡一樣鬼魅。很顯然，萊維飛行可以幫助蒼蠅躲避掠食者還有想要敲扁它們小頭的人類。

　　在中學(xué)時(shí)你可能學(xué)過(guò)，一些微小的粒子會(huì)進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)。雖然布朗運(yùn)動(dòng)也屬于隨機(jī)游走，不過(guò)，萊維飛行和布朗運(yùn)動(dòng)不同。布朗運(yùn)動(dòng)有個(gè)特點(diǎn)，那就是每次運(yùn)動(dòng)的距離集中在一個(gè)區(qū)域內(nèi)。但萊維飛行中，大多數(shù)的運(yùn)動(dòng)距離很短，但有少部分運(yùn)動(dòng)距離很長(zhǎng)。萊維飛行和布朗運(yùn)動(dòng)的不同性質(zhì)，直接導(dǎo)致了萊維飛行比布朗運(yùn)動(dòng)更有效率。走了相同的步數(shù)或路程的情況下，萊維飛行位移比布朗運(yùn)動(dòng)要大得多，能探索更大的空間。這一點(diǎn)對(duì)于需要在未知領(lǐng)域打野的生物來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。果不其然，發(fā)現(xiàn)萊維飛行的法國(guó)數(shù)學(xué)家保羅·皮埃爾·萊維最早發(fā)現(xiàn)，生命的許多隨機(jī)運(yùn)動(dòng)都屬于萊維飛行，而不是分子那樣的布朗運(yùn)動(dòng)。

　　世間萬(wàn)物多有萊維飛行特征

　　2008年，一個(gè)來(lái)自英國(guó)和美國(guó)的研究團(tuán)隊(duì)在《自然》上發(fā)表了一項(xiàng)研究，他們給大西洋和太平洋的55只不同海洋掠食動(dòng)物(包括絲鯊、劍魚(yú)、藍(lán)槍魚(yú)、黃鰭金槍魚(yú)、海龜和企鵝)帶上了追蹤器，跟蹤觀察它們?cè)?700天里的運(yùn)動(dòng)軌跡。在分析了1200萬(wàn)次它們的動(dòng)作后，這些研究者發(fā)現(xiàn)了大多數(shù)海洋掠食動(dòng)物在食物匱乏時(shí)對(duì)萊維飛行運(yùn)動(dòng)的偏好。此外，浮游生物、白蟻、熊蜂、鳥(niǎo)類、靈長(zhǎng)動(dòng)物等在覓食時(shí)的路線也有類似的規(guī)律，萊維飛行似乎是生物在資源稀缺的環(huán)境中生存的共同法則。

　　不僅是野生動(dòng)物，許多自然現(xiàn)象都有萊維飛行的特征。比如，自來(lái)水龍頭滴水時(shí)，兩滴水滴之間的時(shí)差；健康心臟兩次跳動(dòng)的間隙；甚至連股票市場(chǎng)的走勢(shì)都是萊維飛行。萊維飛行甚至被用于研究流行病的暴發(fā)。

　　1997年，程序員漢克·艾斯金因?yàn)橄胫�道錢(qián)都去哪兒了，建造了一個(gè)叫做wheresgeorge.com的網(wǎng)站。用戶在網(wǎng)站上輸入當(dāng)?shù)氐泥]政編碼、紙幣序列號(hào)等信息，就可以追蹤手上那張美元的“生活史”。艾斯金做這個(gè)網(wǎng)站只是為了好玩，但是后來(lái)的德國(guó)柏林洪堡大學(xué)的物理學(xué)家德克·布魯克曼和同事在研究傳染病的時(shí)候，注意到了這個(gè)網(wǎng)站。他們認(rèn)為傳染病的傳播路線和紙幣的流通類似，于是調(diào)用了這個(gè)網(wǎng)站的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在分析了46萬(wàn)張紙幣的軌跡后他們證實(shí)了自己的猜測(cè)：傳染病的傳播和紙幣的流通一樣，符合萊維飛行的特征。他們把這項(xiàng)研究發(fā)表在了2006年的《自然》上。布魯克曼的這個(gè)發(fā)現(xiàn)和當(dāng)時(shí)的主流流行病學(xué)理論相悖，但是萊維飛行卻能比傳統(tǒng)理論更好地預(yù)測(cè)疾病(比如SARS)的傳播，因此現(xiàn)在許多流行病模型都在應(yīng)用萊維飛行預(yù)測(cè)疾病傳播。

　　最后，別以為人類行為能逃脫萊維飛行的支配。人類在旅游和購(gòu)物時(shí)的軌跡也屬于萊維飛行。沒(méi)想到血拼的剁手黨和亂飛的蒼蠅竟也有相同之處。

　　(來(lái)源：《萬(wàn)物》雜志官方微信“把科學(xué)帶回家”)