Пятница 23 мая 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
На Аляске найдена «капсула времени», определившая изменения климата На Аляске найдена «капсула времени», определившая изменения климата Группой геологов из Университета Инсбрука исследована пещера на острове Принца Уэльского в Аляске, где впервые отыскали на суше следы мощнейших потоков талой воды с Кордильерского ледникового щита, что существовал около…
В Помпеях найдена гробница римской жрицы богини Цереры В Помпеях найдена гробница римской жрицы богини Цереры Гробница, обнаруженная в элитном некрополе в Помпеях, была идентифицирована как последнее пристанище древней жрицы, которая, возможно, служила богине плодородия Церере. По словам археологов, это первая могила, когда-либо связанная с культом…
Генетические факторы риска алкоголизма у восточных славян выявили учёные Генетические факторы риска алкоголизма у восточных славян выявили учёные Российскими исследователями выявлена вариация в структуре гена ADH1B, связанная с метаболизмом этанола. Её наличие в геноме на 25-32% уменьшает риски развития алкогольного расстройства у восточных славян, татар, евреев-ашкенази, сибиряков и…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
МО: за ночь над регионами России сбили 105 украинских беспилотников МО: за ночь над регионами России сбили 105 украинских беспилотников Силы ПВО за ночь сбили 105 украинских беспилотников над российскими регионами, сообщили в Минобороны. В результате атаки БПЛА в Туле пострадали два человека, повреждения получили жилые и нежилые здания. ТАСС…
Гладков: ВСУ выпустили свыше 90 беспилотников по 12 муниципалитетам Белгородской области Гладков: ВСУ выпустили свыше 90 беспилотников по 12 муниципалитетам Белгородской области Вооруженные силы Украины (ВСУ) с помощью 94 беспилотников и 44 боеприпасов нанесли удары по 12 муниципалитетам Белгородской области за прошедшие сутки. Два человека получили ранения, сообщил в своем Telegram-канале губернатор…
Богомаз: житель Брянской области погиб при ударе дронов ВСУ Богомаз: житель Брянской области погиб при ударе дронов ВСУ Житель села Каменский Хутор Климовского района Брянской области погиб, еще один пострадал в результате целенаправленного удара украинских FPV-дронов. Об этом сообщил губернатор региона Александр Богомаз в своем Telegram-канале. "Очередная террористическая…
Тема дня
Для чего Франция возрождает легендарную каторгу Для чего Франция возрождает легендарную каторгу

«Это оскорбление нашей истории, политическая провокация и возвращение к колониальным временам». Таки...

Фото
PSJ: таинственная колеблющаяся атмосфера Титана похожа на гироскоп PSJ: таинственная колеблющаяся атмосфера Титана похожа на гироскоп

Исследователи из Бристольского университета впервые раскрыли загадочное поведение атмосферы Титана. ...

Опрос

Какова, по вашему мнению, вероятность заключения мирного соглашения по украинскому кризису в 2025 году?

 

Анекдот дня

И помни, Вселенная все видит. Живи так, чтобы было интересно смотреть.

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.

КАК ЗАРАБОТАТЬ НА ИИ ЕСЛИ ТЫ НЕ ПРОГРАММИСТ?
ПРОФЕССИИ, КОТОРЫЕ ВЫМРУТ ЧЕРЕЗ 5 ЛЕТ И ЧТО С ЭТИМ ДЕЛАТЬ?
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)".