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折紙密碼 太空科學之鑰

文/檸檬

想像一下,當你把一張平凡無奇的紙,折成一隻精美的紙鶴,這背後藏著什麼數學奧祕嗎?現在再想像,把這些折紙的技巧,應用在尖端科技上,設計出可折疊的太空望遠鏡,讓它能輕鬆進入火箭,並在外太空展開完成使命。是不是覺得這個畫面不可思議?

除了藝術 也是數學

折紙不僅是一門藝術,更是一門精確的數學。在折出一個作品的過程中,其實正在實踐一系列嚴謹的數學定律。折紙有個重要定理是「六步定理」。傳統幾何學中,將一個角三等分,是一個無法僅靠尺規完成的任務,但折紙卻突破了這一限制。六步定理指出,通過不超過6次的精確折疊,可以成功地將任何角三等分。這是因為折紙幾何允許將非線性方程的解轉化為折疊過程中的交點,使得一些在歐幾里得幾何中,不可能完成的作圖任務得以實現。

說到折紙與太空科技的結合,就不得不提到日本科學家三浦公亮發明的Miura折疊。這種令人驚嘆的折疊方式,只需要一個簡單的動作就能讓整個結構同時展開或收合。更厲害的是,它折疊後的體積小得驚人,卻能展開成巨大的面積,而且結構特別穩定。正是這種獨特的折疊方式,為太空設備的設計帶來了革命性的突破。

詹姆斯.韋伯太空望遠鏡,就是融入折紙技術的完美例子。這個龐大的望遠鏡有一面直徑達6.5公尺的主鏡,由18片精密的六邊形鏡片組成。科學家們設計了精妙的機械折疊系統,讓這些鏡片能夠完美地收納在火箭中。望遠鏡還有一個特別的遮陽罩,由5層薄如人類髮絲的薄膜製成,每層僅有0.005公分厚,展開後卻大得像個網球場。這個精密的系統需要花費大約兩周的時間才能在太空中完全展開和調整到位。

靈感乍現 推陳出新

折紙的原理不只用在太空中,它們就在我們身邊。汽車的安全氣囊運用改良版的Miura折疊,能在千分之幾秒內完全展開,保護我們的生命安全。在醫療領域,醫生們用微小的折疊支架通過血管治療心臟病,這些支架能在抵達指定位置後展開。建築師們則從折紙中獲得靈感,設計出可以根據需要改變形狀的建築結構。

想要真正理解折紙的數學魅力,最好的方式就是親自動手。折紙不僅僅是一種娛樂,它是數學、藝術與工程的完美結合。從古老的紙鶴到現代的太空望遠鏡,折紙的原理幫助我們解決了許多看似不可能的問題。下次當你折紙時,不妨想想:你手中的每一個折痕,都可能蘊含著改變世界的靈感!在這個小小的紙張上,藏著無限的可能性,等待著我們去發現與創造。

圖/Julia Chou

05 02 2025

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