2025年10月26日19:00-21:00，中国科学院大学明德讲堂艺术系列讲座M1083在雁栖湖校区国际会议中心学术厅举行，玉泉路校区人文楼报告厅、中关村校区教学楼S102同步直播。本次讲座以“花叶序背后的数学与物理”为主题，由中国科学院物理研究所曹则贤研究员主讲，中国科学院大学人居科学学院杨华教授策划并主持。
曹则贤老师讲课中
讲座伊始，曹则贤研究员从“还原主义”这一科学哲学概念切入，指出数学、物理与生物学并非彼此割裂，而是共同构成理解自然的语言体系。他强调，科学的目标是把复杂的现象还原为简单的规律，而这条还原之路，往往由数学铺就，由物理照亮。为此，他举出一个跨学科典型案例：科学家从菜青虫的蠕动中获得灵感，利用压电陶瓷驱动机制，设计出扫描隧道显微镜的核心部件。这一装置不仅开启了纳米科技的大门，也印证了“生命运动→物理机制→技术发明”的还原路径。
曹教授随后带领听众走进日常生活，从莲蓬中莲子的六方最密堆积结构，到菠萝表皮的斜列螺旋，再到向日葵花盘的交叉螺旋线，逐一揭示这些植物形态背后的数学密码。他指出，这些螺旋的左旋与右旋数量，几乎总是斐波那契数列的相邻两项，如8与13、13与21，而这种排列源自植物生长时以黄金角为旋转步长的最优化策略，既保证叶片或种子互不遮挡，又实现空间利用率最大化。
讲座现场
然而，曹则贤强调，花叶序并非仅仅是好看的几何图案，其背后隐藏着力学的深层逻辑。他提出，叶序学本质上是一个力学问题。植物在生长过程中，叶片、花瓣、种子等器官的形成与排列，受到弹性应力场的调控。为描述这种非线性弹性变形，科学家引入了冯·卡门方程——一套描述薄板在应力作用下产生皱褶与形貌的非线性偏微分方程组。研究表明，植物器官在花托或生长顶点的弹性基底上生成时，系统会自发地趋向弹性能最小化的稳定态，而这种最小弹能量原理，恰恰导致了斜列螺旋的形成，并进一步决定了斐波那契数的螺旋对成为最优解。
在讲座尾声，曹教授提出了一个哲学式的科学命题：在生命世界的最深处，起支配作用的，不是基因的简单表达，而是数学与物理的必然性。他指出，从花叶序到晶体结构，自然界中看似繁复的生物形态，最终都可还原为几何对称性、能量最小化、拓扑约束等数学与物理原理的必然结果。基因或许提供了材料，但形态的最终模样，由物理定律书写。
同学就讲座进行提问
整场讲座横跨数学、物理、生物与艺术多个领域，以花叶序为切入点，层层递进，揭示了自然之美背后的科学机制与哲学深意。讲座结束后，现场师生踊跃提问，围绕拓扑序、日常观察的用处等话题，与曹教授展开深入交流。
杨华教授向曹则贤研究员颁发感谢信
讲座最后，杨华教授代表中国科学院大学向曹则贤研究员颁发了感谢信，以表达对他精彩讲座和知识分享的深深敬意。本次讲座通过跨学科视角，搭建科学与艺术之间的桥梁，启发师生从理性与美感中重新审视自然与世界的秩序。
