Воскресенье 01 марта 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
Frontiers: Есть два вещества, ускоряющих старение мужчин среднего возраста Frontiers: Есть два вещества, ускоряющих старение мужчин среднего возраста Новое исследование китайских ученых из Шанхайского университета Цзяотун позволило выяснить, что два представителя группы «вечных химикатов» — перфторнонановая кислота (PFNA) и перфтороктансульфонамид (PFOSA) — ускоряют старение мужчин среднего возраста. Итоги…
arXiv: Эксперты наконец определились, есть ли жизнь на экзопланете K2-18b arXiv: Эксперты наконец определились, есть ли жизнь на экзопланете K2-18b Международный научный коллектив направил на систему K2-18b два мощнейших радиотелескопа — американский Karl G. Jansky Very Large Array и южноафриканский MeerKAT. Итоговый анализ, опубликованный на сервере препринтов arXiv, показывает: узкополосные…
F&F: Напиток, мешающий усваивать жир из пищи, назвали эксперты F&F: Напиток, мешающий усваивать жир из пищи, назвали эксперты Группа ученых из Академии сельскохозяйственных наук Цзянсу выявила весьма полезное свойство экстракта китайского спрессованного чая «Фу Брик». Оказалось, что он способен уменьшать усвоение жира у мышей на рационе с высоким…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 27 украинских БПЛА МО: за ночь над регионами России сбили 27 украинских БПЛА Средства ПВО за ночь уничтожили и перехватили 27 украинских беспилотников над регионами России. Об этом сообщили в Минобороны РФ. "В течение прошедшей ночи дежурными средствами ПВО перехвачены и уничтожены 27…
Богомаз: в Брянской области при атаке ВСУ на автомобиль погибла мирная жительница Богомаз: в Брянской области при атаке ВСУ на автомобиль погибла мирная жительница ВСУ при помощи дронов атаковали автомобиль в Брянской области, погибла мирная жительница. Об этом сообщил губернатор Александр Богомаз. "В результате варварских атак ВСУ погибла мирная жительница. Украинские террористы нанесли целенаправленный…
Иран подтвердил гибель верховного лидера Али Хаменеи Иран подтвердил гибель верховного лидера Али Хаменеи Верховный лидер Ирана Али Хаменеи погиб при атаках Израиля и США, передает гостелевидение исламской республики. "Великий народ Ирана, верховный лидер имам Хаменеи погиб", — говорится в сообщении. По данным агентства…
Тема дня
В чем ошибка США и Израиля при убийстве Хаменеи В чем ошибка США и Израиля при убийстве Хаменеи

Впервые в новейшей истории одно государство прямым ракетным ударом уничтожило законного лидера друго...

Фото
Appetite: Зря ругаем силу воли - раскрыта истинная причина переедания Appetite: Зря ругаем силу воли - раскрыта истинная причина переедания

Исследование ученых из Университета Восточной Англии позволило обнаружить, что мозг сохраняет активн...

Опрос

Как долго продлится операция США против Ирана?

 

Анекдот дня

Когда вам покажется, что вы не справитесь, вспомните, что вы из поколения, которое писало сочинения на три страницы. Из головы! Ручкой на большой перемене!

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)".