Воскресенье 10 мая 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
Мозг в основном полагается на бедра для точной оценки размеров женского тела Мозг в основном полагается на бедра для точной оценки размеров женского тела Когда люди оценивают физические размеры другого человека, им не нужно осматривать всё тело целиком, чтобы сделать точную оценку. Новое исследование показывает, что люди в значительной степени полагаются на определённые сочетания…
Nature: Африка расколется быстрее, чем считалось ранее Nature: Африка расколется быстрее, чем считалось ранее Африка может расколоться раньше, чем рассчитывали учёные. Хотя полностью данный процесс должен завершиться через несколько миллионов лет. Таков вывод геологов из Колумбийского университета, исследовавших Восточноафриканскую рифтовую систему. Результатами работы авторы…
Создано эффективное натуральное средство от комаров Создано эффективное натуральное средство от комаров Натуральный препарат с маслом пачули оказался не менее действенным, чем искусственные репелленты. Тесты показали: защита сохраняется до трех часов при малой концентрации активного вещества. Люди часто используют репелленты, особенно, при…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
В России отмечается День Победы в Великой Отечественной войне В России отмечается День Победы в Великой Отечественной войне Праздничные мероприятия и торжества в честь 81-й годовщины Победы в Великой Отечественной войне пройдут в регионах и городах России. Главным событием станет парад Победы на Красной площади. Президент России Владимир…
Более 1 тысячи участников СВО и военнослужащие КНДР. Парад Победы на Красной площади Более 1 тысячи участников СВО и военнослужащие КНДР. Парад Победы на Красной площади Парад в ознаменование 81-летия Победы в Великой Отечественной войне состоялся на Красной площади. В 2026 году на нем не была представлена военная техника, но впервые принял участие расчет военнослужащих КНДР,…
Речь президента Путина на параде в честь 81-летия Победы. Полный текст Речь президента Путина на параде в честь 81-летия Победы. Полный текст Президент России Владимир Путин поздравил участников парада на Красной площади с 81-летием Победы в Великой Отечественной войне. ТАСС публикует полный текст поздравления президента, который также доступен на сайте Кремля. Дорогие…
Тема дня
Германия с радостью идет по пути Прибалтики Германия с радостью идет по пути Прибалтики

Ничего удивительного в запрете советской символики в Берлине на День Победы я не вижу – все развивае...

Фото
Суточный ритм может показать, насколько быстро стареет организм Суточный ритм может показать, насколько быстро стареет организм

Старение часто воспринимается как цифра на бумаге. Но наука постоянно показывает, что организм расск...

Опрос

С каким чувством вы смотрите в будущее?

 

Анекдот дня

Кто виноват?

Что делать?

А зачем?

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)".