早起的向日葵有太阳


今天上午的信号与系统课程,讲解系统的分类。其中在讨论完“因果系统”的概念之后,恰逢第一堂课结束,因此留给同学们一个思考题:向日葵的幼苗具有向光性,它会随着太阳光的方向而转向。那么第二天早上,向日葵转向东方的时间是在太阳升起之前,还是太阳升起之后

对于这个问题,同学们通过公众号TSINGHUAJOKING发送了各自选择的答案。看到大部分同学选择向日葵是在太阳升起之前就早早的转向了东方。


系统的因果性表明了一个系统的输出仅仅与系统当前以及以前的输入有关,而与未来的输入没有关系的特性。在现实生活中,所有的客观物理系统都遵循这样的因果律。


这个课件问题实际上来自于早年前网络上的一个有趣的短片,有人通过延时拍摄技术记录了向日葵(幼苗)一天的状态,反映了它白天随着太阳运动在不同的角度而发生转向。夜晚的时候则面向太空。在第二天早上,太阳还远未升起之前,向日葵就已经转向了东方。


本来是在课堂上给同学们播放这个短片,结果由于开启这腾讯会议所以电脑无法直接播放这个短片。下面短片就是向日葵生命中某一天的运动过程,给课程的同学观看一下实际结果。



为什么向日葵会提前转向东方,这是由于生物体运动中除了包含有与外界输入信号有关的响应之外,还自身存在着不同周期的生物钟,影响着生物的运动。向日葵生长过程中就存在着由其自身激素涨落确定的生物钟,使其形成一天为单位的周期运动。


因此,对于系统输出的响应,需要辨析那些是对外部信号做出的响应,那些是其本身周期运动的响应。