Четверг 23 июля 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
Ученые объяснили, почему люди выросли почти вдвое больше своих предков Ученые объяснили, почему люди выросли почти вдвое больше своих предков На протяжении большей части нашей эволюционной истории предки человека увеличивались в размерах постепенно, поколение за поколением, медленно, шаг за шагом, в сторону увеличения роста. Затем, где-то между 2 и 2,5…
Изменения уровня моря миллионы лет поддерживали стабильный климат Земли  Изменения уровня моря миллионы лет поддерживали стабильный климат Земли  Земля каким-то образом оставалась пригодной для жизни более 100 миллионов лет, отчасти благодаря естественной системе регулирования климата, которую ученые так и не смогли до конца понять. Новое исследование заполняет важный…
Ученые впервые обнаружили двойную систему, в которой обе звезды взорвались Ученые впервые обнаружили двойную систему, в которой обе звезды взорвались Согласно новому исследованию, ученые, возможно, впервые обнаружили двойную систему, в которой обе звезды взорвались как сверхновые. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications. Хотя Земля может вращаться вокруг одной…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Гибель ребенка в Воронежской области и 223 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Гибель ребенка в Воронежской области и 223 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы Средства ПВО за ночь сбили 223 украинских беспилотника над российскими регионами, сообщили в Минобороны РФ. Трехлетний мальчик погиб, три человека получили ранения при атаке украинских беспилотников на Воронежскую область. Из-за…
Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек Шуваев: в Белгородской области при атаках ВСУ погиб человек ВСУ атаковали территорию Белгородской области почти 160 раз за прошедшие сутки. В результате атак погиб один мирный житель, еще девять получили ранения, сообщил врио губернатора региона Александр Шуваев в "Максе".…
Новые групповые удары ВС России по украинским портам и инфраструктуре. Главное о результатах Новые групповые удары ВС России по украинским портам и инфраструктуре. Главное о результатах ВС России ночью продолжили нанесение групповых ударов по объектам на Украине, сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о результатах. Заявление Минобороны ВС России ночью 23 июля продолжили нанесение групповых…
Тема дня
США лезут на Ближний Восток через «калитку» Ирака США лезут на Ближний Восток через «калитку» Ирака

Премьер-министр Ирака Али аз-Заиди в ходе недавнего визита в Вашингтон подписал 48 соглашений, мемор...

Фото
Ученые объяснили, почему мозг иногда не замечает объекты, находящиеся на виду Ученые объяснили, почему мозг иногда не замечает объекты, находящиеся на виду

Нейробиологи пришли к выводу, что волны электрической активности, распространяющиеся по мозгу, выпол...

Опрос

Как вы оцениваете риск возникновения военного конфликта в Молдавии и Приднестровье?

 

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)".