Среда 10 декабря 2025 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
Неожиданно: частое употребление кофе ведет к восстановлению во время сна Неожиданно: частое употребление кофе ведет к восстановлению во время сна В авторитетном издании Journal of Psychopharmacology опубликованы результаты недавнего исследования, авторами которого стала группа учёных из Университета Цюриха. Оно показало сложные взаимосвязи между употреблением кофе и качеством сна. Выяснилось, что…
В споре между Эйнштейном и Бором появились новые аргументы В споре между Эйнштейном и Бором появились новые аргументы Около столетия прошло с момента острых дискуссий между Альбертом Эйнштейном и Нильсом Бором, в которых автор теории относительности пытался поставить под сомнение основы квантовой теории. Но сегодня становится ясно: сама…
Странные камни на Марсе показывают, что он когда-то был тропическим оазисом Странные камни на Марсе показывают, что он когда-то был тропическим оазисом Новые наблюдения Perseverance указывают на то, что отбеленные глинистые породы, обнаруженные на поверхности Марса, свидетельствуют о том, что на Красной планете когда-то были обильные дожди и тропические условия. Исследование необычно…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией сбили 20 украинских БПЛА МО: за ночь над Россией сбили 20 украинских БПЛА Силы противовоздушной обороны уничтожили за ночь над российскими регионами 20 украинских беспилотников, из них один - над Московским регионом. Об этом сообщили в Минобороны РФ. Как уточнили в ведомстве, в…
Попытки ограбить Россию и «науськивание» Украины Западом. Заявления Сергея Лаврова Попытки ограбить Россию и «науськивание» Украины Западом. Заявления Сергея Лаврова Европейские страны искусственно сдерживают мирный процесс по ситуации вокруг Украины, науськивая Владимира Зеленского на продолжение боевых действий. Но Запад не един в своих подходах к урегулированию, заявил глава МИД России…
Зеленский признал, что Украина не сможет получить Крым Зеленский признал, что Украина не сможет получить Крым Владимир Зеленский сообщил, что на встрече с президентом России Владимиром Путиным в 2019 году во Франции сказал ему о желании вернуть Крым, но признал, что у Украины нет для этого…
Тема дня
Что означает заявление Зеленского о готовности провести выборы президента Украины Что означает заявление Зеленского о готовности провести выборы президента Украины

Владимир Зеленский согласен провести президентские выборы на Украине. Это решение было принято под д...

Фото
В Иерусалиме найден монументальный фрагмент Хасмонейской стены II века до н.э. В Иерусалиме найден монументальный фрагмент Хасмонейской стены II века до н.э.

Археологические работы, проводившиеся в рамках подготовки к строительству нового крыла Музея Башни Д...

Опрос

Что вы ждете от обсуждаемого сейчас плана Трампа по урегулированию украинского конфликта?

 

Анекдот дня

- Тебе, наверное, больше сорока?

- С чего ты взял?

- Пишешь без ошибок. Чувствуется Советская школа.

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)".