在2009年,德国设计师迪迪·森夫特别出心裁,把十边形和四边形焊接成了自行车轮,给环形赛道增添了独特的风景。2009年,德国设计师迪迪·森夫特别出心裁地把十边形和四边形焊接成了自行车轮,在环形赛道上疾驰——这个场面让人难以想象,但颠簸得人牙齿发酸。这一挑战极限的行为让他获得了多项吉尼斯纪录,但它的实用性却为零。这个“环法单车赛恶魔”并不是用来代步的,它的存在是为了打破常规和极限,挑战人们对传统车轮形状的认知。当看到圆滚滚的车轮时,不妨提醒自己:圆轮并不是唯一的选择。把圆形规则抛在脑后,数学给我们带来了另一种视角。等宽曲线、悬链线和非欧几何等数学工具告诉我们,世界是多样的,答案也不是唯一的。 从古埃及到今天,人们不断地进行着非圆轮实验。早在古代埃及,搬运石块时使用的滚轮就是一个例子。他们把平板车放在等宽木轮上,这样车就能平稳地前进。把这个问题拆开来看:只要车轮的轮廓线等宽就能保持稳定。莱洛三角形就是一个经典的等宽曲线例子。用正三角形每边为半径在相邻两边画弧就可以得到这个形状。任意两条平行线夹住它时间距始终等于原边长。 汪克儿发动机转子和正方形孔钻头都是莱洛三角形的实际应用。这个形状不仅美丽而且实用。 通常情况下我们认为车轮必须是圆的,但其实并不是这样。当车轴高度固定、地面光滑且车身固定在中心时确实需要圆形才能平稳行驶。一旦这些条件改变了呢?原来平稳行驶不只是依赖于车轮的形状还依赖于轨道设计。如果轨道能够弥补地面的凹凸不平,“方轮”也能稳稳地滑行。 科技馆里常见的悬链线轨道就是一个例子:链条自然下垂形成凹凸曲线来对冲车轮中心轨迹,“方轮”自行车因此能在观众惊呼中平稳滑过。 数学教会我们要理性思考问题,不盲从也不盲信常识背后可能隐藏着未被注意到的假设条件。我们需要敢于拆解这些假设条件并拼接奇思妙想。 古人用等宽木轮搬运石块时也证明了等宽曲线可以复制圆形平稳性。方形或三角形在不平地面上颠簸是必然结果。如果给它们加上精密轨道作为辅助就能把颠簸转化为稳定行驶。 无论是埃及古代还是德国设计师迪迪·森夫特都在尝试突破圆形规则的束缚,“真理”往往藏在我们对常识的怀疑之中。世界很大,答案不止一个。 当我们给“圆规”画下句号时,数学露出了调皮的笑容:等宽曲线、悬链线和非欧几何等工具都在提醒我们——世界很大,答案不止一个。