如何向孩子解释「为什么蜂窝都是完美六边形呢」?

如何向孩子解释「为什么蜂窝都是完美六边形呢」?

苍海笑

【密恐症慎入】

(2022 年 1 月 13 号更新)

(2022 年 1 月 14 号更新)


(原文)

蜂窝之所以是六边形,有可能只是一个意外。

蜜蜂如果按照圆柱体的方式构建蜂窝,也会形成六边形,它们不需要设计任何图形,只需要一个紧挨一个的排列圆柱体,就会自然形成六边形。

这是因为相同大小的圆,它的最大密铺,就只能是这样排列:

而不可能是别的排列方式。

蜜蜂为了给卵保暖,或是其他任何原因,会紧密的使圆柱形的窝排在一起——自然就会形成这样的图形,

哪怕我们拿一堆可乐罐,无脑的使它们挤在一块,也是非常完美的最大密铺:

但这还不是六边形蜂窝。

这个时候,只需要一点点改动,如图:

如果两个紧挨着的圆,各自膨胀,那它们的膨胀后的相交处就会出一道因相同压力形成的直线,变成这样:

这在肥皂泡泡中也常见。

那如果是三个紧挨着的圆,膨胀后就会变成这样:

肥皂泡泡就是这样,这不需要刻意设计,这是自然的。

这时候六边形就出现了。

一堆圆柱体因膨胀慢慢变成六边体,就成了蜂窝:

那为什么会膨胀呢,很简单,蜂窝是蜂蜡做的,它受热就会膨胀,更别说里面还有个宝宝。


评论有细心的网友问道:

为什么圆柱形刚好一样粗呢,有一个不一样粗的也不能成六边形?

我想了半天。感谢 B 站,在观看了野生蜂窝的视频后我大概有了一个猜测:

其实,蜂窝的大小起初并不是一样粗的,但这不影响它们依然紧密的排列,只要它们的半径在一定的容差范围内,不要超出太多,就依然可以紧密的排列,大概直径的容差范围是在 20%左右(只是肉眼估计,没有用计算器算。)

而且我大体确定了,蜂窝最初就是一个圆柱体

证据就是:

请看上图,左边发黄的是较新的蜂窝,右边发黑的是老蜂窝,可以看出,它们其实并不是一个完美的六边形,尤其是较新的,它们很接近圆。而较老的发黑的,则看起来越接近一个坚固的六边形。

还有这一张:

然后这张:

可以看出上面这一张很明显不是完美的六边形,很不坚固。六边形也没有想像中那么坚固的。

而上面这一张明白无误的表明了:它们在很大程度上就是处在圆和六边形的过渡阶段。而且是不规则圆,蜜蜂没有那么神奇的,它们只是钻了个洞。

所以,蜜蜂最初在建造的时候,它们可能仅仅是紧密的排列,甚至大小都可能因蜂而异,但是,在长达几年的时间里,它们不停的往里塞新卵、修复,使之越来越坚固,于是它们的蜂窝的大小,随着使用的次数,其大小就越来越接近一个平均值大小,所以,越是老的蜂窝,大小越趋于一样大。

再加上之前说的,它们不停的塞新卵、孵化、或者受热膨胀,就越来越挤成了一个坚固的六边形。

所以结论:蜂窝并不都是一个个完美的六边形,而是整体越大的,蜂窝多的,使用次数多的,它们就越趋于六边形,而反之,就会很垃垮,很个性,各种不规则圆就都有。

以上,我猜。


……诸位,我发了这个贴子后,受到许多点赞和好评,但是对不起大家,可能让你们失望了。

我不知道是该庆幸还是该脸红,以上猜测,幸亏我没有把话说死,给自己留了后路——它极有可能不对!!

这在我被打脸的时候,多少保留了点颜面,这里我很庆幸的是,这个脸最好由我自己来打,自己的脸自己打,比较不疼。

是这样的:许多人都在赞同我的观点,并且说我逻辑严密,我自己也感到很开心,但是,有两个网友发出了疑问:

@谢逸之

:【按理来说,要证明这个观点,只要看最边上一圈蜂巢就行了吧。】

@阿木

:【有个疑问,那最外层的直线是怎么形成的呢??】

我说过了,在我的猜测中,蜂窝是由挤压形成的六边形,也就是说:如果这个观点正确,那么最外层的蜂窝外部一圈,没有受到挤压,那么它们就不可能是六边形

而应该是圆形:

这个其实很容易证明。我在制做图片时就想到了(真的),网友提出的疑问我也早就看到了

但是,我就是没有去验证一下,我认为我的猜测很严密,就如同许多人称赞的那样,再加上工作很忙,所以不需要验证了——肯定是那样的。

直到我又看到第二个网友发出同样的疑问,我就想,我何不验证一下,把这个猜测给证明呢,说不定又会迎来一波点赞。想想还有点小激动呢~~

然后我就去这么做了,果然,剧情是跌宕起伏的:

(冷冷的冰雨在脸上胡乱的拍)

边缘锋利的六边形无情的嘲笑着我:我的观点是错的。

然后我又不甘心,又找到了一个支持我的证据:

我 TM 分裂了,它们其实是不同的蜂种建造的蜂窝,第二张是大黄蜂的蜂窝,它们的蜂巢是用木桨建造的,类似于纸质,并且,已经风干很久了,证据很薄弱。但是上一张,我不清楚它们是什么蜂,这不重要,重要的是,它们最外面的边缘,不是圆的!!而依然是六边形。

其实这时候事实已经有点明朗了,不论支持我的证据有多少,就像不论给我点赞的有多少,反驳我的,只需要一个证据!事实胜于雄辩。

但我在这时还依然保持着侥幸心理,但下一张图片,直接给我一个暴击:

这是蜂窝的底座,最底的一层,你可以看到上面有正在孵化的蛹,也有刚刚产下的卵:

这些不是关键,关键是:

它们搭建的底座有可能是其中一种,不是左就是右:

所以,就是这样。大自然果然很神奇,并且依然充满未解之迷。

之前有网友说这严格来说不是科普,没错,这不是科普,这只是猜测,但是在被打脸之后,这个回答最起码科普了一条道理——不论你的推理和阐述看起来是多么的合理,以及有多少人数赞同和支持,告诉孩子:

实践,是检验真理的唯一标准。


不好意思诸位,这玩意是【巢础】,人工制造的,淘宝上有卖:

浪费我感情。

然后常见的野生蜂窝的侧面长这样:

蜂巢上的蜂房是正反双面的,有正面和背面两层蜂房,这是它们的横截面:

,还有蜂巢的边缘也的确是圆的或不规则的:

另外,马蜂的蜂窝是这样造出来的:

它还真的就是一个紧挨着一个的造类拟圆柱型或胶囊型的窝,然后,不需要挤压或热膨胀,在结构应力的自然形成六边形,但很多时候它就是个圆。

所以,理论总体上是没有什么太大问题的,这个解释能普遍适用于各种常见蜂巢。只是自然界比较复杂,是我太多疑虑了

然而关于这个:

这个我的暂时想不到是为什么。

有网友猜测:这个所谓的最外层有可能不是最外层,而是被拆开的。

我也怀疑是有类似的可能,或是别的什么原因。总之,缺乏真正的实践,仅靠视频很难进行详细的研究:存疑。

感谢和欢迎网友们提出各种指点和意见!

最后,保持理性,以及对自然敬畏。