Пятница 21 ноября 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
Schizophrenia Bulletin: Домашние кошки увеличивают риски шизофрении для хозяев Schizophrenia Bulletin: Домашние кошки увеличивают риски шизофрении для хозяев Австралийским учёным удалось выявить серьёзную опасность содержания домашних кошек: они могут почти вдвое усилить риски развития шизофрении и иных психических расстройств. Результаты исследования опубликованы в журнале Schizophrenia Bulletin. Специалистами Центра…
Земля наклонилась по вине человека, решили учёные Земля наклонилась по вине человека, решили учёные Специалисты обращают внимание на изменение угла наклона земной оси, часть из них связывает этот процесс с деятельностью человека. Корейские эксперты в составе международной команды провели исследование, заявив, что чрезмерная откачка…
Анализ показывает, что спорные Иорданские свинцовые кодексы могут быть древними Анализ показывает, что спорные Иорданские свинцовые кодексы могут быть древними Расследование с использованием ионных пучков позволило применить самые современные методы к загадочным книгам, подлинность которых подвергалась сомнению многими экспертами и представителями власти, выявив их сложный состав и установив, что, хотя…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над Россией сбили 33 украинских БПЛА МО: за ночь над Россией сбили 33 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь сбили 33 украинских БПЛА над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи в период с 23:00 20 ноября до 7:00 мск…
ФСБ предотвратила подрыв железнодорожных путей в Краснодаре ФСБ предотвратила подрыв железнодорожных путей в Краснодаре Сотрудники УФСБ России по Краснодарскому краю предотвратили планировавшийся по заданию украинских спецслужб подрыв железнодорожных путей в Краснодаре для срыва графика перевозок военной техники и вооружений в зону проведения специальной военной…
Финляндия хочет восстановить «болотные ловушки» у границы России Финляндия хочет восстановить «болотные ловушки» у границы России Власти Финляндии рассматривают возможность использования болот в целях обороны на границе с Россией. Об этом сообщила телерадиокомпания Yle. По ее информации, министерство обороны и министерство окружающей среды республики выясняют, возможно…
Тема дня
Как Лукашенко заставил Литву сдаться  Как Лукашенко заставил Литву сдаться 

«Литовская премьер посопротивлялась из принципа, но в итоге капитулировала – ничего другого ей не ос...

Фото
Археологи раскрывают загадочные ритуалы в старейшем в Европе центре солеварения  Археологи раскрывают загадочные ритуалы в старейшем в Европе центре солеварения 

Археологи, работающие в доисторическом комплексе Провадия-Солницата на северо-востоке Болгарии, обна...

Опрос

Как вы оцениваете заявления США о возможной передаче Украине ракет Tomahawk?

 

Анекдот дня

Севастополь - самый европейский из всех европейских городов. Именно здесь находятся английское, немецкое, французское, турецкое и даже итальянское кладбища, на которых покоятся те, кто когда-то усомнился в том, что Крым наш.

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)".