115.谐波图
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※115.谐波图
利萨茹(Jules Antoine Lissajous,1822—1880)布雷克本(Hugh Blackburn,1823—1909)
1857年
莫斯可维奇(Ivan Moscovich)所绘制的谐波图。莫斯可维奇在20世纪60年代发明一种可以减少摩擦损失、将钟摆与垂直表面相连接、绘制大型谐波图机械装置。莫斯可维奇这位知名的谜题设计者曾经被关押在奥斯威辛集中营,直到1945年才被英军所救。
微分分析机(1927年),混沌理论与蝴蝶效应(1963年),池田收束(1979年)及蝶形线(1989年)
谐波图是维多利亚时代的一种艺术装置,通常是由两个钟摆的交互作用描绘出谐波图图形,可以分别从艺术或数学观点进行分析研究。在常见的绘图装置中,其中一个钟摆控制笔的移动,另一个钟摆负责晃动置放于平台上的纸。两个钟摆共同交互作用所产生复杂的动态效果,最终会因为摩擦力的影响而逐渐归结到单一定点,在此之前,每次画笔摆荡所描绘出的轨迹,其长度都会比前一次摆荡所画出的轨迹略短,使得整个图形呈现出蜘蛛网般波动的外观。只要改变钟摆摆荡的频率和相交的夹角,就可以产生出变化无穷的图案。
图形最简单的谐波图可以归类成利萨茹曲线。用以描述(假定无摩擦状态下)复杂谐波运动的利萨茹曲线方程式写成x(t)=Asin(at+d),y(t)=Bsin(bt),其中t表示时间,A和B分别表示两钟摆的振幅,a与b的比表示相对频率,d表示夹角的相位差。光是这几个有限的参数就足以产生许多美观的花纹。
第一个谐波图诞生于1857年,当时法国数学家暨物理学家利萨茹把两面镜子粘在两把调音叉上,然后用不同频率摆动两把调音叉好让镜子反射出光波,这些错综复杂的波纹还博得围观者的一致好评。
至于第一位使用现在习以为常的钟摆画出谐波图的人,就要归功于英国数学家暨物理学家布雷克本了。此后一直到今天,各种仿效布雷克本装置而诞生的谐波图版本可说是不胜枚举。有些更复杂的谐波图甚至要动用到三个以上交互摆动的钟摆。在我的小说《天国来的病毒》(The Heaven Virus)中也描述了一种滑稽诡异谐波图的制作方式:“一枝笔画过一个又一个的平台,直到画过十个平台为止。” 数学之书:数学史上250个里程碑式的发现