苍蝇乱飞,实际上应用了一种强大的数学原理,这个原理让它们的飞行轨迹难以捉摸,从而避免被打中。这种数学原理,就叫作莱维飞行。莱维飞行属于随机游走,也就是说它的轨迹并不能被准确预测。
一些微小的粒子会进行布朗运动。虽然布朗运动也属于随机游走,不过,莱维飞行和布朗运动不同。布朗运动有个特点,那就是每次运动的距离集中在一个区域内。但莱维飞行中,大多数的运动距离很短,但有少部分运动距离很长。莱维飞行和布朗运动的不同性质,直接导致了莱维飞行比布朗运动更有效率。走了相同的步数或路程的情况下,莱维飞行位移比布朗运动要大得多,能探索更大的空间。这一点对于需要在未知领域打野的生物来说至关重要。发现莱维飞行的法国数学家保罗·皮埃尔·莱维最早发现,生命的许多随机运动都属于莱维飞行,而不是分子那样的布朗运动。
一个来自英国和美国的研究团队给大西洋和太平洋的55只不同海洋掠食动物(包括丝鲨、剑鱼、蓝枪鱼、黄鳍金枪鱼、海龟和企鹅)带上了追踪器,跟踪观察它们在5700天里的运动轨迹。在分析了1200万次它们的动作后,这些研究者发现了大多数海洋掠食动物在食物匮乏时对莱维飞行运动的偏好。此外,浮游生物、白蚁、熊蜂、鸟类、灵长动物等在觅食时的路线也有类似的规律,莱维飞行似乎是生物在资源稀缺的环境中生存的共同法则。
许多自然现象都有莱维飞行的特征。比如,自来水龙头滴水时,两滴水滴之间的时差;健康心脏两次跳动的间隙;甚至连股票市场的走势都是莱维飞行。
有科学家认为,传染病的传播路线和纸币的流通类似。在分析了46万张纸币的轨迹后他们证实了自己的猜测:传染病的传播和纸币的流通一样,符合莱维飞行的特征。因此,许多流行病模型都在应用莱维飞行预测疾病传播。
最后,人类在旅游和购物时的轨迹也属于莱维飞行。没想到吧,血拼的剁手党和乱飞的苍蝇也有相同之处。
(《科技日报》9.2 七君)