Воскресенье 22 февраля 2026 года

 

Вы здесь:  Главная» Все новости» Наука» Математики открыли совершенно новый класс фигур


Математики открыли совершенно новый класс фигур

Пятница, 13 Сентября 2024 23:24

Как бы мы ни были умны как вид, Мать-природа почти всегда, кажется, нас побеждает. Это верно для таких вещей, как хирургия мозга и робототехника; это верно для гонки по предотвращению тепловой смерти планеты; и, по-видимому, это также верно для высшей математики.

 

«Центральной проблемой геометрии является мозаика пространства с помощью простых структур», — начинается новая статья, опубликованная исследователями из Оксфордского университета и сообщающая об открытии совершенно нового класса фигур, называемых мягкими ячейками. Статья опубликована в журнале PNAS Nexus.

 

«Классические решения, такие как треугольники, квадраты и шестиугольники на плоскости, а также кубы и другие многогранники в трехмерном пространстве, построены с острыми углами и плоскими гранями», — пишут авторы. «Однако многие мозаики в природе характеризуются формами с изогнутыми краями, неплоскими гранями и небольшим количеством острых углов, если таковые вообще имеются».

 

По сути, проблема в следующем: как лучше всего полностью заполнить пространство формами или объектами? Когда вы задаете этот вопрос людям, мы инстинктивно выбираем остроугольные формы — квадраты, треугольники, шестиугольники и тому подобное. Это имеет смысл — в конце концов, попробуйте заполнить пространство кругами, и вы обязательно получите какие-то пустые места, независимо от того, насколько маленькими или замысловатыми вы их упаковываете.

 

Но когда мы смотрим на то, как естественный мир ответил на этот вопрос, мы видим чрезвычайно редкое решение такого типа. Как говорит Ален Горели, профессор математического моделирования Оксфордского университета и один из авторов новой статьи: «Природа не только не терпит пустоты, она, похоже, также не терпит острых углов».

 

Рассмотрим, например, луковицу. Если ее разрезать пополам, то можно увидеть идеально упакованную коллекцию взаимосвязанных форм, но, конечно, никаких прямых углов или линий. То же самое и с мышечной тканью: поперечное сечение клеток, составляющих гладкие мышечные волокна, покажет мозаику из вытянутых кругов, длинных и тонких, с точками на обоих концах.

 

Теперь, это не то, что никто никогда не замечал, что эти формы существовали раньше – или что они являются изящным способом заполнить область, не оставляя пустого места. Но как именно они работают с математической точки зрения? Это было немного загадкой.

 

«Хотя комбинаторные свойства мозаик были подробно исследованы, меньше внимания уделялось гладкости ячеек», — поясняется в статье. «Поскольку кусочно-гладкие формы, такие как квадраты и кубы, заполняют пространство, а гладкие формы — нет, возникает естественный вопрос: насколько гладкими могут быть заполняющие пространство формы».

 

Это немного технически сложно, но сводится к следующему: если форма недостаточно «острая», то она просто не сможет успешно заполнить пространство. Поэтому команде нужно было ответить на вопрос, насколько минимально острой должна быть форма, чтобы успешно замостить пространство.

 

Решение, как они обнаружили, — это эти «мягкие ячейки». Это формы, которые «минимизируют количество острых углов», — объясняют они в статье, «заполняя пространство как мягкие плитки. Примечательно, что эти идеальные мягкие формы, рожденные геометрией, в изобилии встречаются в природе, от клеток до ракушек».

 

Эти формы особенно интересны, когда мы переходим от двух к трем измерениям. «Мягкие ячейки помогают объяснить, почему, когда вы смотрите на поперечное сечение камерной оболочки, на ней видны углы, а на трехмерной геометрии камер их нет», — объясняет Габор Домокос, профессор геометрического моделирования Будапештского университета технологий и экономики и один из авторов статьи.

 

Действительно, как и в случае со многими драматическими открытиями, эти формы можно найти везде, как только вы знаете, что искать. Они являются «геометрическими строительными блоками биологической ткани», объясняют ученые, управляя такими вездесущими природными формами, как рост кончиков, кровяные клетки, речные острова и ракушки.

 

«Создание и поддержание острых углов в физических клетках — сложная и затратная задача, — пишут исследователи, — поскольку поверхностное натяжение и эластичность естественным образом стремятся сгладить углы. Поэтому неудивительно, что в природе встречается множество мягких плиток».

 

«Отсутствие острых углов и их мягкая, сильно изогнутая геометрия делают мягкие клетки идеальными кандидатами на роль моделей биологических структур, которые развивались в условиях полного или частичного ограничения, чтобы заполнить пространство», — заключают они.

 
 

 
 
Николаева Мария Опубликовано в Наука   Теги Новости
Читайте также
PsyPost: Семь смертных грехов имеют биологические корни, утверждают учёные PsyPost: Семь смертных грехов имеют биологические корни, утверждают учёные Нейробиолог Эндрю Хуберман обсудил в подкасте Huberman Lab с профессором психологии Техасского университета в Остине Кэтрин Пейдж Харден биологические алгоритмы, что лежат в основе поведения человека. Основной темой было влияние…
Ученые установили точный возраст деревянного гроба «принцессы из Багича» Ученые установили точный возраст деревянного гроба «принцессы из Багича» Новое исследование единственного сохранившегося деревянного саркофага римского железного века, захоронения принцессы Багич, разрешило спор о его возрасте и раскрыло новую информацию об усопшей. Результаты исследования опубликованы в журнале Archaeometry. Гроб…
Антарктика меняет климат Земли, нарушая стабильность океана и атмосферы Антарктика меняет климат Земли, нарушая стабильность океана и атмосферы Новая научная работа, итоги которой опубликованы в Journal of Climate, показала, каким образом потепление поверхности в Антарктическом регионе заметно снижает стабильность нижних слоев атмосферы. Это показал анализ изменений с 1950-х…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 86 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 86 украинских БПЛА Средства ПВО за ночь уничтожили и перехватили 86 украинских беспилотных летательных аппаратов над регионами России, сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены 86…
Хинштейн: ВСУ 22 раза атаковали приграничные районы Курской области за сутки Хинштейн: ВСУ 22 раза атаковали приграничные районы Курской области за сутки Военнослужащие ВСУ 22 раза применили артиллерию для атак на отселенные районы Курской области за сутки. Об этом сообщил губернатор Александр Хинштейн. "Всего в период с 09:00 21 февраля до 07:00…
Алаудинов рассказал о жестокости наемников из Грузии и Польши Алаудинов рассказал о жестокости наемников из Грузии и Польши Грузинские и польские наемники ВСУ отличились наибольшей жестокостью во время нападения на Курскую область. Об этом сообщил ТАСС замначальника Главного военно-политического управления ВС РФ, командир спецназа "Ахмат" МО РФ генерал-лейтенант…
Тема дня
Тотальная война даст Ирану шанс в битве против США Тотальная война даст Ирану шанс в битве против США

По целому ряду признаков, подготовка США к удару по Ирану перешла в завершающую стадию и агрессия мо...

Фото
Сейсмические следы обнажают ранее неизвестную и опасную линию разлома Сейсмические следы обнажают ранее неизвестную и опасную линию разлома

Ученые связали резкое поднятие уровня земли на юге Польши с погребенной трещиной в земле, которая ко...

Опрос

Получат ли США Гренландию?

 

Анекдот дня

Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!

Еще »

Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.

Интересные материалы
МЫ ВКОНТАКТЕ

Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций

(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном

цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с

точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии

предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей

сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".