Вторник 21 апреля 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
Необычные суперионные состояния материи могут находиться внутри Урана и Нептуна Необычные суперионные состояния материи могут находиться внутри Урана и Нептуна Гигантские планеты Солнечной системы имеют сложное внутреннее строение, которое до сих пор было трудно точно определить. Внутри Урана и Нептуна мы ожидаем увидеть алмазы, выпадающие в виде осадков, образующих углерод,…
«Супер-Эль-Ниньо» приближается, но это не самая большая климатическая угроза «Супер-Эль-Ниньо» приближается, но это не самая большая климатическая угроза Исследователи сообщают, что большой резервуар тепла, перемещающийся под тропической частью Тихого океана, начал перестраивать поверхностные условия в направлении развития явления Эль-Ниньо. Результаты исследования опубликованы в журнале Geoscientific Model Development. Эта…
В сеноте на полуострове Юкатан обнаружено оружие времен кастовой войны В сеноте на полуострове Юкатан обнаружено оружие времен кастовой войны Глубоко под поверхностью полуострова Юкатан, на подводном археологическом участке, обнаружена удивительная коллекция оружия XIX века. Археологи из Национального института антропологии и истории Мексики (INAH) документируют обширное множество артефактов, скрытых в…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 97 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 97 украинских БПЛА Силы ПВО за ночь уничтожили и перехватили 97 украинских беспилотников над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи с 20:00 мск 20 апреля до 07:00…
Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли 10 россиян, 120 получили ранения Мирошник: за неделю от ударов ВСУ погибли 10 россиян, 120 получили ранения Десять человек, включая ребенка, погибли за неделю при ударах ВСУ по субъектам РФ, еще более 120 жителей, в том числе 7 несовершеннолетних, получили ранения. Об этом ТАСС сообщил посол по…
ФСБ: в Ярославской области задержали три группы пособников украинских кол-центров ФСБ: в Ярославской области задержали три группы пособников украинских кол-центров ФСБ и МВД задержали в Ярославле участников трех преступных групп, оказывавших содействие мошенническим кол-центрам Украины в хищении средств у россиян. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС) ФСБ России.…
Тема дня
Зеленский угрожает Лукашенко, или как Беларусь пытаются затянуть в украинский конфликт Зеленский угрожает Лукашенко, или как Беларусь пытаются затянуть в украинский конфликт

Перед выходными Зеленский неожиданно разразился угрозами в адрес белорусского президента Лукашенко, ...

Фото
Невероятно, но факт: сыворотка с кофеином вернула волосы за несколько недель Невероятно, но факт: сыворотка с кофеином вернула волосы за несколько недель

Новое исследование тайваньских специалистов даёт шанс людям, страдающим от резкого выпадения волос. ...

Опрос

Через месяц после начала войны в Иране на чьей стороне преимущество?

 

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)".