正文 第五章 製作復活節大彩蛋

凱·麥肯齊是加拿大艾伯塔省韋格勒維爾鎮的一位議員,當她談論起計畫在鎮里的一片荒地上建造一個3層半樓高的復活節彩蛋時說:「這是我所想到的最好的主意。」該鎮位於埃德蒙頓市以東55英里,是一個寂靜的鄉鎮。荒地對面是一家私人療養院,這裡經常受到龍捲風的襲擊。韋格勒維爾鎮的5,000居民大部分是烏克蘭人,但麥肯齊本人不是。他們仍然保持著油畫《皮桑基》里的基督教復活節的2,000年老傳統,用鮮艷的顏色給雞蛋繪出複雜的圖案。1974年,為了慶祝加拿大皇家騎警隊成立100周年,加拿大政府決定撥專款籌辦慶祝活動。為什麼不做一個巨大的彩蛋呢?麥肯齊想。雞蛋象徵騎警隊為世代居住在韋格勒維爾鎮的烏克蘭人帶來和平與安全。

起初,麥肯齊的鎮公所的同事們認為這事很可笑,但她還是說服他們接受了做彩蛋這一建議。他們猜測,撥款委員會在審查無數項建議,如有馬背上的騎警、仰首高歌的加拿大鵝和金黃色的楓葉等雕像之後,會接受這一獨具匠心的提議的。事實上,提交的許多建議都極其普通,毫無希望。也有許多關於整修老建築物的提議,就連掛在牆上頌揚騎警的徽章也是事後才提出的。最後,韋格勒維爾鎮收到地方商會提供的15,000美元的專款,於是立即尋找製造彩蛋的人。

鎮領導邀請一位受人尊敬的本地建築師來製造世界上最大的裝飾彩蛋,他也認為這事太可笑。幾個月後,鎮領導又請來這位建築師檢查其工作進展。他報告說,他認為是在哄騙他,所以他什麼工作也沒有做。鎮領導又請了另一位建築師,他覺得更可笑。在與6家設計公司商談之後,鎮領導與羅納德·戴爾·雷施先生取得聯繫,他35歲,是美國猶他大學計算機學科副教授。雷施回憶說:

「起初,我也認為這事很可笑,但是,當他們最終交給我這項工作時,我有一年半的時間不再笑了。」

雷施所面臨的問題是,有史以來,除了雞能產蛋之外,還沒有任何人製作過蛋形物,而且生物學家也不十分清楚雞是如何製造蛋的。根據可以信賴的《大不列顛百科全書》收載,雞每年大約產蛋3,900億次。但家雞,要生成一個完整的蛋大約需要24小時,開始時在雞卵巢中形成蛋黃(卵細胞),初期的雞蛋黃開始進行漫長旅行,走走停停、緩慢地通過輸卵管。輸卵管是一條從卵巢通到產道的管形通道。最初,雞蛋停止不動3個小時,吸收從輸卵管壁細胞中分泌出來的白蛋白(蛋白)。而後雞蛋前進到輸卵管的某一段,在那裡停留1個小時,接受卵膜,成為蛋殼的內膜。最後,雞蛋移向子宮,在那裡停留24小時,積聚白堊質堆積物,這些堆積物硬化後成為蛋殼。至此,雞蛋總是以較細的一端在前移動,但是在其產出之前半小時,它會急速翻轉,所以在產蛋時,雞蛋是粗端先產出來的。

最初,雞蛋是液體結構。在沒有外力作用時,它是圓球形的,這種形狀與其他物體的接觸面最少。設有一定量的液體,在所有可容納此液體的形狀中,球形的表面積最小。雕鴞與翠鳥所產的蛋實際上都是接近球形的,但是大多數鳥蛋都類似於雞蛋,都是橢球形的,這是由於輸卵管肌肉收縮擠壓著把蛋向前推,從而改變了鳥蛋的球形形狀。

事實上,所有形狀本質上都具有某種功能,無疑,即使科學至今尚未證實形狀的具體功能是什麼,而蛋的形狀也不例外。也許,這與蛋類的滾動有關。如果雞蛋都是球形的,那麼它們容易滾走。某些海鳥,如棲居在北部海域的一種海雀——嘴又細又長的海鳩,所產的蛋比起雞蛋來,更不像球形。海鳩蛋的形狀很像一隻陀螺,其動力學結構使之滾動時不會直線滾走,而是緊繞著環形滾動。與築巢鳥相比,海鳩就像一個冒失鬼,它擯棄鳥巢,把陀螺形的鳥蛋直接產在海岸邊光滑的懸崖邊緣上,這是海鳩的幸運。

雞蛋和許多其他鳥蛋都是一端比另一端粗些,這就是說蛋類能夠在巢內緊密地堆放在一起,可比球形蛋堆放得要多。美國伯洛伊特學院鳥類學家喬爾·卡爾·韋爾蒂寫道:「如果雙胸斑沙》鴴(北美鴴科鳥一種小水鳥,以其悲哀、尖刺的叫聲而聞名)的巢里4個鳥蛋排放混亂的話,母鳥就會將其細端朝內重新排列好蛋,非常像一塊塊薄餡餅,這不僅使親鳥能更好地覆蓋鳥蛋,而且由於其密集的排列使鳥蛋從鳥體上得到的熱量散失得比較緩慢。

也許,蛋類的形狀還有助於增加強度。它畢竟需要在巢親鳥的體重壓力下不至於破裂。我們已經知道蛋的大小與蛋殼的厚薄度,雞蛋的強度是蛋中比較強的,但它還不是非常強的,還不能像傳說中所說的,能在大力士手中縱向緊握擠壓下倖存下來。也許這位神話中的大力士能把一本電話號碼簿撕成兩半,(傳說中的鳥蛋強度已被最新的廣告用來招徠顧客,廣告圖片描繪了一個C形鐵鉗鉗住的沒有破裂的雞蛋。)實際上,你也不會是一個只用單手打破雞蛋的男子漢;而我在6歲時就曾用一隻小臟手打破過雞蛋。可見,科學是進步了,但廚房的地板卻一塌糊塗。

雷施說道:「如果一位壯漢在雞蛋表面上均勻施加壓力,他將不能壓破雞蛋。這在理論上可能是正確的。然而實際上,沒有一個人能夠均勻地施加壓力,總會在某點上大於另一點,因而雞蛋就會破裂。在許多教科書中,人們總想說明,若在一大堆雞蛋的上下鋪些灰泥,大象站在上面,也不會壓碎它們。這也只能說明任何一種結構的真實性:如果你能正確地施力,那麼結構就能承受。而在現實世界中,卻從來沒有正確施力的。」

對此,雷施考慮,怎樣工作才能使他從理論上和在實際中都成為一位理想的製作復活節彩蛋的人,他可以從圖紙上的設計中看到那個高達31英尺、重達2噸半、像紀念碑一樣龐大的復活節彩蛋。雷施的生活中有一句簡單的座右銘「志在四方」。有時,他會離開美國幾個月,到印度去思考,有時,他會在大學或研究中心附近開設商店,並從事他的幾何圖形藝術和計算機圖形學研究工作。然而在大部分時間內,他都是到處走動,受聘於那些在幾何設計方面需要幫助解決各種棘手問題的人,如他在韋格勒維爾鎮的朋友們。由於雷施在數學或工程方面沒有經過正式的培訓,因此他所依靠的主要不是分析方法,而是靠他頭腦中形成幾何抽象概念的能力,然後用他自己的雙手(目前則是用他的計算機印表機),把這種思維的抽象概念轉化成為物理實體。

他曾為設在弗吉尼亞州的美國國家航空航天局的蘭利研究中心設計過預製的太空梭艙室組件。這些組件能夠緊緊地裝在運載它們進入太空的太空梭載貨架上,在太空展開後可以連接在一起,形成巨大的太空站結構。影片劇本《星際旅行》的製片人曾僱用他設計一種外星飛船的嘴;製片人告訴他,要把嘴設計成貌似器官而且具有高科技的特點,他終於設計出這種神秘太空飛船的技術嘴,能夠在其飛行途中吞沒一切東西,包括星際飛船「企業號」在內。他也為荷蘭的一家多國包裝設計聯合大型企業——范利爾皇家包裝工業公司設計出一種高效的裝箱方法,可把類似蘋果和李子等球形水果更多地裝入條板箱內。

找出一種最密集地堆積各種不同幾何狀物體的方法,是數學中一個古老的問題,它曾引起過許許多多的爭論。例如 1694年,伊薩克·牛頓就曾與牛津的天文學家戴維·格列高里進行過關於球形問題的爭論,所有一樣大小的球形,能夠與任何一個同樣大小的球形接觸,其最多數目是多少,格列高里說是13個,而牛頓卻認為是12個。這個問題的討論持續了180年,最後證明牛頓是正確的。

在第十三個球形的周圍放置12個球形,是已知的最密集堆積球形方法中的秘訣。設想在類似桌面般的平面上把一串球排成直線。接著,緊靠著第一行球放上另一行球,並使這行球落入另一行各球之間;於是任何一個球都會與另一行的兩球接觸。放上更多行球,直到整個桌面放滿為止。增加第二行球,須使它們處於第一行各球之間的空隙處。然後在第二行球的空隙處放上球。使其形成第三行球。如果這種層層放球方式不受桌面限制,而是放滿整個空間,那麼球形會佔該空間的74%。換句話說,需要浪費26%的空間。沒有任何人知道是否還有更密集的堆積方法。

當雷施開始為范利爾皇家包裝工業公司考慮蘋果和李子的包裝工作時,他假設球形水果要裝在長方形的條板箱內裝運,那麼它們須按這兩種已知的最密集排列方法中的一種裝箱。他按該方法著手進行了幾個月,直到他突然想到,已知的最密集的堆積方法是數學上假定整個宇宙都充滿著球形。但是,在現實世界中,他所涉及的只是一個很小的有限體積,一個3英尺×4英尺的條板箱。由於這種意識,他認為自己是能夠解決這個問題的,但是他卻得到了重要的經驗教訓:世界本身會給人以各種各樣的約束,而這些約束是紙上談兵式的推理所難以發現的。(雷施拒絕透露他的解決方法,因為尚未獲得專利權。)

雷施喜歡說的一句

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