Суббота 29 августа 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
Читайте также
Ученые воссоздали звуки юрских насекомых Ученые воссоздали звуки юрских насекомых Используя лазеры, компьютерные модели и искусственный интеллект, исследователи реконструировали звуки, издаваемые 165-миллионолетними родственниками современных сверчков и кузнечиков по окаменелым фрагментам крыльев, найденным в Китае; одно из этих ископаемых насекомых издавало…
Взаимодействие между поколениями меняет то, как работают два мозга Взаимодействие между поколениями меняет то, как работают два мозга В новом исследовании, проводившемся в течение шести недель, отслеживалась динамика сближения молодых и пожилых незнакомцев, и была выявлена неожиданная закономерность в активности их мозга. Результаты были опубликованы в журнале PLOS…
Лесные пожары выносят мышьяк в реки ещё долго после того, как пламя утихает Лесные пожары выносят мышьяк в реки ещё долго после того, как пламя утихает В ходе почти всех рассмотренных исследований уровень мышьяка в ручьях после лесных пожаров повысился, а самые высокие показатели содержания мышьяка были зафиксированы в грунте под старой шахтой. Полная версия исследования…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Повреждены дом в Севастополе и «Магнит» в Подмосковье. Атака украинских БПЛА на российские регионы Повреждены дом в Севастополе и «Магнит» в Подмосковье. Атака украинских БПЛА на российские регионы Российские средства ПВО в течение прошедшей ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ 512 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. В Павловском Посаде БПЛА попал в магазин "Магнит",…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ погибли два человека Вооруженные силы Украины атаковали Белгородскую область более 130 раз за сутки, в результате погибли два мирных жителя, еще девять получили ранения. Об этом сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в…
В Ярославской области при атаке БПЛА погиб человек, еще 27 пострадали В Ярославской области при атаке БПЛА погиб человек, еще 27 пострадали Вооруженные силы Украины атаковали территорию Ярославской области с помощью беспилотников, в результате 1 человек погиб, 27 получили ранения. Об этом сообщил губернатор региона Михаил Евраев. "В результате атаки погиб человек.…
Тема дня
Полгода войны с Ираном привели Дональда Трампа к «Анабазису» Полгода войны с Ираном привели Дональда Трампа к «Анабазису»

Иранцы описывают войну с Америкой стихами Фирдоуси. Они сравнивают Трампа с легендарным царем Турана...

Фото
Что-то в облаках Венеры поглощает поразительное количество солнечного света Что-то в облаках Венеры поглощает поразительное количество солнечного света

Новые исследования устанавливают строгие ограничения на неизвестное «вещество», ответственное за тем...

Опрос

Кто первый посягнет на западные регионы Украины?

 

Анекдот дня

Ощущение, что кто-то просыпается и говорит: "Алиса, сделай ещё хуже."

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)".