设置

关灯

第106夜 波与循环系统(第2/3页)

    电磁波,因此,你所看到的图像只是镜子表面对源自你身体的光波的反射。

    其他常见的例子还包括水波在遇到障碍时的反射或者声波遭遇硬表面时反射的回声。

    相类似的是,在主动脉中传输的血液波在遭遇到分支点时会部分反射,剩余的血液会继续传输至子动脉。

    这些反射可能会带来很糟糕的后果,因为它们意味着你的心脏其实是在对自己泵血。

    此外,随着血液沿着不同层级的血管流动,在网络的每一个分支点都会产生相同的现象,上述效应会大大增强,你的心脏需要支出大量能量来克服这些多重反射。

    这是一个极端低效的设计,为心脏带来了巨大的负担,也浪费了很多能量。

    为了避免这一潜在的问题,并尽量减少我们心脏必须承担的工作,我们的循环系统的几何结构不断进化,使得网络中的任何分支点都不存在反射现象。

    有关这一点如何实现的数学原理和物理学原理有些复杂,但结果是简单明了的:

    该理论预测认为,如果从分支点出发的子血管的横截面面积总和与抵达分支点的母血管的横截面面积总和相等,那么在任何分支点都不会出现反射。

    举一个例子,两根一样的子血管,有着相同的横截面面积(在真实的循环系统中近似正确),假设母血管的横截面面积为2平方英寸,为了确保没有反射,那么每一个子血管的横截面面积就必须都是1平方英寸。

    由于任何血管的横截面面积都与其半径的平方呈比例关系,另一种表述这个结果的方式便是,母血管半径的平方必须是每一根子血管半径平方的两倍。

    因此,为了确保不会有能量因反射而损失,连续的血管的半径都必须以规律的自相似方式按比例变化,每一个分支的半径都是其分支半径的(2开平方)倍。

    所谓的等面积分支其实就是我们的循环系统构建的方式,这已经由对许多哺乳动物、植物的详细测量数据证实。

    植物虽然没有心跳,通过维管系统的流动是稳定的、非搏动性的,但它们的维管就像搏动性的循环系统一样按比例变化,这乍看上去有些令人吃惊。

    然而,如果你把树木看作一捆紧紧捆绑在一起的纤维,从树干开始,继而延伸至它的枝杈,整个分级结构的横截面面积就必须保持一致。

    等面积分支的有趣结果便是,树干的横截面面积与网络末端(叶柄)所有小枝杈的横截面面积总和相当。

    令人吃惊的是,达·芬奇知道这一点。

    我复制了他的笔记本中重要的一页,他在这一页中呈现了这个事实。

    尽管这个简单的几何图形显示出了树木遵循等面积分支的原因,但它还是过于简单了。

    然而,利用此前提及的空间填充和优化网络通用原则,再加上生物力学的限制要求枝杈有足够的韧性以抵御风的扰动,使其能够弯曲不受到损害,可以通过更加现实的树木模型推导出等面积分支法则。

    这一分析表明,植物同哺乳动物一样按比例变化,无论在个体内部还是在不同的物种之间,包括代谢率的3/4幂律,即使它们的物理结构完全不同。

    尼古拉·特斯拉、阻抗匹配、交流电/直流电。

    我们自身循环系统的优化设计遵循与植物相同的等面积分支法则,这是一个美
    (本章未完,请翻页)