Что такое шаблон?

Я специально оставил его в книге немного двусмысленным, потому что кажется, что мы знаем его, когда видим. Традиционно мы думаем об узорах как о чем-то, что повторяется снова и снова в пространстве одинаковым образом, вроде узора на обоях. Но многие модели, которые мы видим в природе, не совсем такие. Мы чувствуем, что в них есть что-то закономерное или, по крайней мере, не случайное, но это не значит, что все элементы идентичны. Я думаю, что очень знакомым примером этого могут быть полосы зебры. Каждый может признать это узором, но ни одна полоса не похожа на другую полосу.

Я думаю, мы можем привести аргументы в пользу того, что все, что не является чисто случайным, имеет в себе своего рода закономерность. В этой системе должно быть что-то, что оторвало ее от этой чистой случайности или, с другой стороны, от чистой однородности.

Почему вы решили написать книгу о природных узорах?

Сначала это было результатом работы редактором в Nature . Там я начал видеть, как в журнале и в более широком смысле в научной литературе появляется много работ по этой теме. Что меня поразило, так это то, что эта тема не имеет каких-либо естественных дисциплинарных границ. Люди, интересующиеся такими вопросами, могут быть биологами, математиками, физиками или химиками. Это мне понравилось. Мне всегда нравились предметы, которые не уважают эти традиционные границы.

Но я думаю, что дело было и в визуальных эффектах. Узоры такие яркие, красивые и замечательные.

Затем, в основе этого аспекта лежит вопрос: как природа без какого-либо чертежа или дизайна создает такие узоры? Когда мы делаем узоры, это потому, что мы так планировали, расставляя элементы по местам. В природе нет планировщика, но каким-то образом естественные силы вступают в сговор, чтобы создать что-то очень красивое.

У вас есть любимый пример узора, встречающегося в природе?

Возможно, одним из самых знакомых, но действительно одним из самых примечательных является узор снежинки. У них у всех одна и та же тема — эта шестикратная, шестиугольная симметрия, и все же кажется, что внутри этих снежинок бесконечное разнообразие. Это такой простой процесс, который входит в их формирование. Это водяной пар, вымерзающий из влажного воздуха. В этом нет ничего, кроме этого, но каким-то образом он создает этот невероятно сложный, подробный, красивый узор.

Еще одна система, которую мы снова и снова обнаруживаем в разных местах, как в живом, так и в неживом мире, — это паттерн, который мы называем структурами Тьюринга.

Тьюринг выдвинул теорию, которая, по сути, объясняла, как целая куча химических веществ, которые просто плавают в космосе, могут взаимодействовать, создавая различия от одного кусочка пространства к другому. Таким образом, появятся семена шаблона. Он выразил этот процесс в очень абстрактных математических терминах.

Теперь кажется, что что-то подобное может отвечать за узоры, которые формируются на шкурах животных, а также за некоторые узоры, которые мы наблюдаем у насекомых. Но он также появляется в некоторых совершенно других системах, в песчаных дюнах и песчаных рябях, образующихся после того, как ветер унес песок.

В своей книге вы упоминаете тот факт, что наука и математика еще не полностью объяснили некоторые из этих закономерностей. Можете ли вы привести пример?

Мы по-настоящему поняли, как снежинки получают эти разветвленные образования, только с 1980-х годов, хотя люди изучали и думали над этим вопросом несколько сотен лет. Но даже сейчас остается загадкой, почему каждая рука снежинки может быть почти одинаковой. Как будто одна рука может общаться с другими, чтобы убедиться, что они растут особым образом. Это все еще удивительно.

Новые формы паттернов открываются почти так же быстро, как мы находим объяснения. В полузасушливых регионах мира есть странные узоры растительности, где есть участки растительности, разделенные участками голой земли. Кажется, что за ними тоже стоит механизм, подобный Тьюрингу, но это понимание тоже появилось совсем недавно.

Что, по-вашему, читатели найдут в книге?

Когда я начал изучать эту тему, я начал повсюду видеть закономерности. Я помню, когда я был на полпути к написанию своей первой книги в 1999 и я был на пляже в Уэльсе, я вдруг понял, что везде есть узоры. В облаках и небе были разные узоры, в море были волновые узоры и так далее. В воде, стекающей по песку, был другой вид узора. Даже сами скалы не были случайными.

Итак, вы начинаете видеть закономерности вокруг себя. Я надеюсь, что люди обнаружат, что это происходит с ними, что они оценят, насколько структура, окружающая нас, структурирована. В этом только великолепие и радость.

Рекомендуемые видео

Клеточная биология дает микрокосм искусства — Институт открытий Висконсина

Избранная наука

9 октября 2014 г. 2 апреля 2019 г. тканевая инженерия

Сбор подробных микроскопических изображений — это лишь часть экспериментального процесса исследовательской группы WID BIONATES, где ученые и студенты создают ткани для изучения болезней, а также разрабатывают решения для здоровья и промышленных проблем.

Но когда исследователи изучают эти изображения, они часто испытывают благоговейный трепет перед тем, что видят — красочные флуоресцентные пейзажи, искусные штрихи и множество клеточных форм и сигналов.