在 2018 年聯合數學會議(2018 Joint Mathematics Meetings)的藝術畫廊中,金必耀與左家靜展出了一系列令人驚嘆的科學藝術作品,巧妙地將微觀的晶體結構轉化為宏觀的藝術形態。其中一件引人注目的作品便是 「立方密堆積晶格結構的骨架模型 (Skeletal model of cubic close packing lattice structures)」。
這件作品的尺寸為 14 x 14 x 14 厘米,由 3 厘米的玻璃米珠於 2014 年製作而成。它不僅僅是一個美麗的裝飾品,更是一個面心立方 (fcc) 晶體對稱性的具體呈現。
什麼是立方密堆積 (fcc) 呢? 在化學和材料科學中,立方密堆積是一種原子或離子在晶體結構中排列的方式,其特點是具有最高的空間利用率。你可以想像將等大的球體以最緊密的方式堆疊起來,第一層(A)的球體位於第二層(B)球體之間的空隙上方,而第三層(C)的球體則不與第一層對齊,形成一種 ABCABC...的堆疊序列。這種排列方式在許多金屬和惰性氣體固體中都很常見。
此模型進一步將這種抽象的排列概念轉化為一個八隅體桁架 (octet-truss) 結構。這種桁架結構是通過以 2:1 的比例堆疊四面體和八面體這兩種基本的配位多面體 (coordination polyhedron) 構建而成。配位多面體指的是在晶體中,中心離子周圍規則排列的相鄰離子所形成的幾何形狀。四面體和八面體是自然界中最常見且最穩定的配位多面體之一.
更令人稱奇的是,八隅體桁架空間框架因其基本構建單元的內在剛性而展現出高強度和輕量化的特性。這使得它在工程領域,例如航空航天材料的設計中,也具有重要的研究價值。
在這個精美的米珠模型中,我們可以清晰地看到其精巧的結構:一個中央較小的截角八面體 (cuboctahedron) 由棕色米珠構成,而外層則是一個二頻率截角八面體 (frequency-two cuboctahedron),由黃色米珠組成。截角八面體是一種由正方形和正三角形面組成的阿基米德多面體,它與立方密堆積結構有著密切的幾何關係。
通過這件「立方密堆積晶格結構的骨架模型」,金必耀與左家靜不僅展示了他精湛的傳統串珠技藝,更將深奧的化學和材料科學概念以一種直觀且美觀的方式呈現出來,讓我們得以欣賞數學與藝術交融的獨特魅力。這也體現了藝術家從基本的配位多面體出發,利用簡單的幾何原理,創造出複雜且美觀的骨架雕塑的理念.
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