西方古代建筑中的数学之美
  • 来源:科普时报
  • 作者:沈兴泽
  • 2022-01-14 13:01

美国国会图书馆的柱式结构 

(图片由作者提供)

从古希腊的雅典卫城到古埃及的金字塔,这一个又一个的世界奇迹,在震撼着人们的同时,也在告诉人们:这些奇迹的出现离不开数学。雅典卫城凸显了数学的规则美,胡夫金字塔中凸显了数学的几何美。建筑是几千年文明的结晶,数学就像去打开结晶的密码,在开启的同时又令人感受到了数学的美丽。

帕特农神庙的黄金分割比

作为西方文化的发源地之一,古希腊建筑极具特色,开创了西方建筑的先河。

古希腊最著名的代表作是雅典卫城,帕特农神庙更是古希腊建筑的巅峰之作。从外观大体上看,帕特农神庙气宇非凡,光彩照人,进入内部来看,细节处理也让人叹为观止。东西两面矗立八根巨柱,在南北两侧用17根柱子撑起全局,建造出宽31米、长70米的帕特农神庙。帕特农神庙最特别之处在于山墙顶部距离地面19米,将其用数学比例换算一下,帕特农神庙立面高与宽的比例为19:31,十分接近“黄金分割比”,这一特性让无数参观者觉得其十分优美。

古希腊的三大柱式与数学美

从帕特农神庙中我们可以看出古代希腊大致的设计理念,这只是雅典卫城里面的冰山一角,其实雅典卫城除了其整体是按照黄金分割比构造的,还有就是古希腊的三大柱式也极具美感。

多利克柱式与男性美。多利克柱式让人觉得豪放粗大,给人一种简洁有力的印象,因为其柱径与柱身的比例1∶6,相当于男子脚长与身长的比例,因此也叫作男性身体的黄金分割比。将其规则应用于柱子上面,以自身柱体基座厚度的6倍作为整个柱子的高度,这些建筑让人感受到男子特有的雄壮与简洁美。

爱奥尼柱式与女性美。高贵典雅是爱奥尼柱式的代名词,因为其柱径:柱身=1∶(8~9),当建筑师们致敬优雅女神狄安娜时,采用古希腊女神的身材比例。第一次将柱子的厚度做成高度的1/8。柱头更是模仿美女的大波浪卷发做了两个巨大的漩涡,看起来十分具有女性美感。

科林斯柱式与比例的结合。科林斯柱式给人的直观感受为纤细精巧且十分华丽,科林斯柱式不同于爱奥尼柱的粗犷,不仅变得更加纤细柔美,也将爱奥尼的标志性涡卷纹换成了忍冬草。从大体上来看,科林斯柱式的风格更加富丽豪华,在柱头上忍冬草层叠交错环绕,又在柱中开出层层花蕾,表达出了其很强的装饰性。

金字塔几何构造的“巧合”

与古希腊一并位列四大文明古国的古埃及,其建筑之美又是怎样美妙绝伦的呢?众所周知,金字塔是古埃及文明的结晶,更是世界文明的奇迹,其中最大的胡夫金字塔更是奇迹中的奇迹。

金字塔的几何构造涉及了两个重要因素:一是金字塔最尖端到最底端的距离;二是金字塔与地面接触的最底面的四周周长。以埃及大金字塔为例,它的总高度为146.61米,周长为921.41米,而周长与高的比率恰好为2π。如果一个金字塔的整体建筑特点如此可能是一个巧合,那么胡夫金字塔也是同样的精准便让研究者大为震惊了。胡夫金字塔的底面积如果除以其高度的两倍,得到的商为3.14159,这正是圆周率π。它的精确度远远超过古希腊人算出的圆周率3.1428,与我国古代数学大家的祖冲之算出的圆周率在3.1415926到3.1415927之间相比,几乎是完全一致的。胡夫金字塔建成时它的总高度是146.59米,若将其总高度乘以十亿,其结果正好是1.4659亿公里。这个结果又恰巧是太阳和地球之间的平均距离。

(作者系华中农业大学名师工作室负责人及成员)



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