Воскресенье 31 августа 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
В Турции обнаружили сооружения, которые на 7000 лет старше Стоунхенджа В Турции обнаружили сооружения, которые на 7000 лет старше Стоунхенджа Археологи обнаружили в Турции древние сооружения, которые могут представлять собой древнейшее в мире поселение человека. Открытие было сделано в Мендик-Тепе, недалеко от Гёбекли-Тепе, 12-тысячелетнего поселения, известного своими монументальными каменными колоннами…
В Болгарии обнаружен 2100-летний скелет воина с в потрясающим золотым венком В Болгарии обнаружен 2100-летний скелет воина с в потрясающим золотым венком Археологи обнаружили великолепный золотой венок в 2100-летнем кургане фракийского воина и его коня. Уникальный головной убор входит в комплект золотых украшений, найденных в могиле «властелина Сакара», названного в честь горного…
Science Alert: Лечение COVID-19 убило больше людей, чем сам вирус Science Alert: Лечение COVID-19 убило больше людей, чем сам вирус Специалисты американского Северо-Западного университета в ходе нового исследования выяснили, что основной причиной смертности в период пандемии стали осложнения от собственно лечения, а не сам коронавирус. Исследователями был проведён анализ данных…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России и Черным морем сбили 86 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России и Черным морем сбили 86 украинских БПЛА Российские средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили над регионами РФ и Черным морем 86 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. "В течение прошедшей ночи в период с…
Стратегическая связка в политике, экономике и культуре. Президент Путин о России и Китае Стратегическая связка в политике, экономике и культуре. Президент Путин о России и Китае Президент РФ Владимир Путин высоко оценил уровень российско-китайских отношений в самых разных сферах - от международной политики до кино и спорта. В письменном интервью агентству Xinhua российский лидер рассказал о…
Мерц заявил, что Германия находится в состоянии конфликта с Россией Мерц заявил, что Германия находится в состоянии конфликта с Россией ФРГ находится в состоянии конфликта с РФ, считает канцлер ФРГ Фридрих Мерц. Об этом он заявил в интервью французскому телеканалу LCI. "Мы уже в состоянии конфликта с Россией", - сказал…
Тема дня
Вашингтон больше не реагирует на антироссийские выпады Европы Вашингтон больше не реагирует на антироссийские выпады Европы

Дональд Трамп недоволен Владимиром Зеленским и Европой из-за их нереалистичных требований по урегули...

Фото
Tectonics: геология, на которой держатся Гималаи, не такая, как считалось Tectonics: геология, на которой держатся Гималаи, не такая, как считалось

Новое исследование предполагает, что 100-летняя теория, объясняющая, как Азия может выдерживать огро...

Опрос

Чем закончатся 10 дней, которые дал Трамп для достижения перемирия в украинском конфликте?

 

Анекдот дня

Если тебе когда-нибудь придет в голову мысль, что в твоем возрасте не подобает чего-либо делать, просто напомни себе, что ты никогда уже не будешь таким молодым, как сегодня.

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)".