七君

　　夏天在外邊吃飯的時候，蒼蠅經常會不請自來。打蒼蠅是件技術活，因為蒼蠅的飛行軌跡十分詭異，人類只靠雙手很難找到準頭。所以問題來了，蒼蠅為什么這么難打呢？

　　蒼蠅亂飛居然蘊含數學原理

　　你可能不知道，蒼蠅這樣亂飛，實際上應用了一種強大的數學原理，這個原理讓它們的飛行軌跡難以捉摸，從而避免被打中。這種數學原理，就叫做萊維飛行。萊維飛行屬于隨機游走，也就是說它的軌跡并不能被準確預測，就和蒼蠅的飛行軌跡一樣鬼魅。很顯然，萊維飛行可以幫助蒼蠅躲避掠食者還有想要敲扁它們小頭的人類。

　　在中學時你可能學過，一些微小的粒子會進行布朗運動。雖然布朗運動也屬于隨機游走，不過，萊維飛行和布朗運動不同。布朗運動有個特點，那就是每次運動的距離集中在一個區(qū)域內。但萊維飛行中，大多數的運動距離很短，但有少部分運動距離很長。萊維飛行和布朗運動的不同性質，直接導致了萊維飛行比布朗運動更有效率。走了相同的步數或路程的情況下，萊維飛行位移比布朗運動要大得多，能探索更大的空間。這一點對于需要在未知領域打野的生物來說至關重要。果不其然，發(fā)現(xiàn)萊維飛行的法國數學家保羅·皮埃爾·萊維最早發(fā)現(xiàn)，生命的許多隨機運動都屬于萊維飛行，而不是分子那樣的布朗運動。

　　世間萬物多有萊維飛行特征

　　2008年，一個來自英國和美國的研究團隊在《自然》上發(fā)表了一項研究，他們給大西洋和太平洋的55只不同海洋掠食動物(包括絲鯊、劍魚、藍槍魚、黃鰭金槍魚、海龜和企鵝)帶上了追蹤器，跟蹤觀察它們在5700天里的運動軌跡。在分析了1200萬次它們的動作后，這些研究者發(fā)現(xiàn)了大多數海洋掠食動物在食物匱乏時對萊維飛行運動的偏好。此外，浮游生物、白蟻、熊蜂、鳥類、靈長動物等在覓食時的路線也有類似的規(guī)律，萊維飛行似乎是生物在資源稀缺的環(huán)境中生存的共同法則。

　　不僅是野生動物，許多自然現(xiàn)象都有萊維飛行的特征。比如，自來水龍頭滴水時，兩滴水滴之間的時差；健康心臟兩次跳動的間隙；甚至連股票市場的走勢都是萊維飛行。萊維飛行甚至被用于研究流行病的暴發(fā)。

　　1997年，程序員漢克·艾斯金因為想知道錢都去哪兒了，建造了一個叫做wheresgeorge.com的網站。用戶在網站上輸入當地的郵政編碼、紙幣序列號等信息，就可以追蹤手上那張美元的“生活史”。艾斯金做這個網站只是為了好玩，但是后來的德國柏林洪堡大學的物理學家德克·布魯克曼和同事在研究傳染病的時候，注意到了這個網站。他們認為傳染病的傳播路線和紙幣的流通類似，于是調用了這個網站的數據進行分析。在分析了46萬張紙幣的軌跡后他們證實了自己的猜測：傳染病的傳播和紙幣的流通一樣，符合萊維飛行的特征。他們把這項研究發(fā)表在了2006年的《自然》上。布魯克曼的這個發(fā)現(xiàn)和當時的主流流行病學理論相悖，但是萊維飛行卻能比傳統(tǒng)理論更好地預測疾病(比如SARS)的傳播，因此現(xiàn)在許多流行病模型都在應用萊維飛行預測疾病傳播。

　　最后，別以為人類行為能逃脫萊維飛行的支配。人類在旅游和購物時的軌跡也屬于萊維飛行。沒想到血拼的剁手黨和亂飛的蒼蠅竟也有相同之處。

　　(來源：《萬物》雜志官方微信“把科學帶回家”)