Суббота 22 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 обнаружили новый орган, спрятанный в черепе. Ученые обнаружили новый орган, спрятанный в черепе. После столетий развития медицинской науки вполне логично предположить, что к настоящему времени мы располагаем полным списком всех органов человеческого тела. Но ученые продолжают открывать новые, работающие в фоновом режиме, выполняя…
Обнаружены закрученные магнитные поля, приводящие в движение струи протозвезд Обнаружены закрученные магнитные поля, приводящие в движение струи протозвезд Когда образуется новая звезда, вокруг неё формируется вращающийся диск из вещества, называемый аккреционным диском. Молодая звезда продолжает расти, притягивая вещество из этого диска. Но по мере того, как звёзды аккрецируют…
Древние «кости коровы» из Ирландии идентифицированы как останки медведя и кабана Древние «кости коровы» из Ирландии идентифицированы как останки медведя и кабана Новое исследование опровергло давнее представление о том, когда земледелие появилось в Ирландии. Фрагменты костей из бухты Ферритерс, которые когда-то считались самыми ранними свидетельствами появления одомашненного скота, на самом деле принадлежали…
Интернет и СМИ
Главное за сутки
Удар по промышленному объекту в Перми и 325 БПЛА. Атака ВСУ на российские регионы Удар по промышленному объекту в Перми и 325 БПЛА. Атака ВСУ на российские регионы Российские средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили над регионами РФ, а также над акваториями Черного и Азовского морей 325 украинских БПЛА. Об этом сообщили в Минобороны России. Зафиксированы…
Задержание иностранного агента Украины и подготовка теракта в Подмосковье. Что известно Задержание иностранного агента Украины и подготовка теракта в Подмосковье. Что известно Сотрудники ФСБ задержали при попытке выезда в Норвегию иностранца, пытавшегося запустить на железнодорожном вокзале в Москве дрон для поиска цистерн с нефтепродуктами. Об этом сообщили в Центре общественных связей (ЦОС)…
В Белгородской области два человека пострадали при атаках ВСУ В Белгородской области два человека пострадали при атаках ВСУ Вооруженные силы Украины с помощью дронов атаковали автобус и автомобиль в Белгородской области, пострадали двое мужчин. Об этом сообщили в оперштабе региона. "Три муниципалитета под ударами ВСУ. Пострадали два человека",…
Тема дня
Поляки кулаками перевоспитывают украинцев  Поляки кулаками перевоспитывают украинцев 

«Конец солидарности». Так польские СМИ описывают всплеск насилия в отношении украинцев на территории...

Фото
Самая большая из известных галактик имеет размер 1,7 миллиона световых лет Самая большая из известных галактик имеет размер 1,7 миллиона световых лет

Вселенная способна на невероятные выходки, особенно когда дело касается масштабов. От гигантских чер...

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)".