Могут ли молекулы объяснить тайны непериодичности?

Математики и дизайнеры всегда интересовались, как отдельные формы могут покрывать плоскость без повторения узоров. Непериодичные раскладки завораживают своей способностью заполнять пространство уникальными последовательностями.
Могут ли молекулы объяснить тайны непериодичности?
Изображение носит иллюстративный характер

В 2018 году химик Карл-Хайнц Эрнст проводил эксперимент в Швейцарских Федеральных лабораториях материаловедения и технологий в Дюбендорфе, распыляя специальную углеводородную молекулу на серебряный субстрат. Под микроскопом молекулы образовывали трехлучевые спирали, группирующиеся в треугольники разной величины, при этом каждая из примерно ста попыток давала новую, не повторяющуюся последовательность.

В 2023 году математик и специалист по компьютерным наукам Крейг Каплан из Университета Ватерлоо (Канада) открыл elusive einstein tile – единственную фигуру, способную замостить плоскость только непериодичным способом. Это открытие позволило трактовать наблюдаемые молекулярные узоры как «молекулярного эйнштейна», а Каплан отметил, что такое спонтанное возникновение напоминает «сбой в матрице».

Каплан предостерегает, что молекулярные компоненты не полностью соответствуют математическому идеалу: они не могут идеально уплотниться в строго неповторяющуюся мозаику. Однако именно такая нерегулярность может наделить материал уникальными и необычными свойствами.

Явление напоминает квазикристаллы, чья атомная структура демонстрирует упорядоченность без повторяющихся мотивов. В 2024 году физик Феликс Фликер из Университета Бристоля (Англия) разработал компьютерную модель квазикристалла по образцу einstein tile, предсказав такое поведение, которое сравнили с «прокачанным» листом графена, подчеркивая тем самым загадочность механизма формирования подобных структур.

Ключевую роль в возникновении этих узоров играет энтропия – мера беспорядка и статистической вероятности атомной организации. Возможность молекулы легко переходить между двумя зеркальными (хиральными) формами в сочетании с слабыми межмолекулярными связями обеспечивает многочисленные варианты неповторяющихся расположений, способствуя переходу системы к состоянию высокой энтропии.

Исследование баланса между регулярностью и случайностью ярко иллюстрирует принципы теории «порядок через беспорядок». Такой подход открывает перспективы для разработки методов создания квазикристаллов по требованию и способствует установлению неожиданных связей между материалами, математикой и технологией.

Данные исследования, опубликованные в январе 2025 года в журнале Nature Communications, находят отклик в словах Карл-Хайнца Эрнста: «Это природа, занимающаяся математикой», что отражает удивительное единение естественных процессов и сложных математических идей.


Новое на сайте

20854Как дешёвые Android-смартфоны превращаются в чужие прокси? 20853В Индии имя звонящего появится на экране вместе с номером 20852Как проверить готовность команды к звонку с клонированным голосом? 20851Уязвимости MarkLogic: делегированные права могли открыть путь к администраторскому... 20850Как GitHub закрыл лазейку, угрожавшую тысячам npm-пакетов? 20849Hirudo подменяет банковские приложения, чтобы обойти их защиту 20848Как Vghost превратил старую ошибку Linux в путь к root? 20847Уязвимости в PAN-OS и Cisco Secure Email Gateway уже используют атакующие 20846Как уязвимость GitLab могла открыть сервер для чужого кода? 20845Уязвимость SAP Cloud SDK могла отправить OAuth2-секреты злоумышленнику 20844Уязвимость в Nextcloud открыла путь к веб-оболочкам на серверах 20843Смогут ли малые ИИ-модели превратить бытовую технику в ботнет? 20842Пять уязвимостей NGINX: кому грозит риск и как закрыть его 20841Тайный диктофон в OpenAI: что утверждают следователи 20840Как проверять уязвимость входа, не заходя дальше дозволенного?
Ссылка