Физици създадоха най-сложния лабиринт в света

Д едал би могъл да научи едно-две неща от екип от физици в Обединеното кралство и Швейцария.

Използвайки принципите на фракталната геометрия и стратегическата игра шах, те са създали това, което според тях е най-сложният лабиринт, измислян някога.

(Във видеото може да научите повече за: Направиха огромен лабиринт в чест на хокеен отбор)

Под ръководството на физика Феликс Фликър от Бристолския университет в Обединеното кралство групата генерира маршрути, наречени Хамилтонови цикли, в модели, известни като тилинги на Аман-Бинкер, създавайки сложни фрактални лабиринти, които според тях описват екзотична форма на материята, известна като квазикристали.

И всичко това е вдъхновено от движението на коня по шахматната дъска.

"Когато разгледахме формите на построените от нас линии, забелязахме, че те образуват невероятно сложни лабиринти. Размерите на последващите лабиринти нарастват експоненциално - и те са безкрайно много", обяснява Фликър.

"При обиколката на рицаря шахматната фигура (която прескача две полета напред и едно надясно) посещава всяко квадратче от шахматната дъска само веднъж, преди да се върне в началното си поле. Това е пример за "хамилтонов цикъл" - цикъл по картата, който посещава всички точки на спиране само веднъж", казва още Фликър.

Квазикристалите са форма на материя, която се среща изключително рядко в природата. Те са нещо като странен хибрид от подредени и неподредени кристали в твърди тела.

В подреден кристал – сол, диаманти или кварц – атомите са подредени в много чист модел, който се повтаря в три измерения. Можете да вземете част от тази решетка и да я насложите върху друга и те ще съвпаднат перфектно.

Неподредено или аморфно твърдо вещество е такова, в което всичките атоми са просто разнородни. Те включват стъкло и някои форми на лед, които обикновено не се срещат на Земята.

Квазикристалът е материал, в който атомите образуват модел, но моделът не се повтаря перфектно. Може да изглежда доста подобно на себе си, но насложените участъци от шаблона няма да съвпадат.

Тези подобни на вид, но неидентични модели са много подобни на математическа концепция, наречена апериодични плочки, която включва модели от форми, които не се повтарят идентично.

Известната облицовка на Penrose е една от тях. Облицовката на Ammann-Beenker е друга.

Използвайки набор от двуизмерни подложки на Ammann-Beenker, Фликер и колегите му, физиците Шобна Сингх от Кардифския университет в Обединеното кралство и Джеръм Лойд от Женевския университет в Швейцария, генерират Хамилтонови цикли, които според тях описват атомния модел на квазикристал.

Техните генерирани цикли посещават всеки атом в квазикристала само веднъж, свързвайки всички атоми в една линия, която никога не се пресича, но чисто продължава от началото до края. И това може да се мащабира безкрайно, генерирайки вид математически модел, известен като фрактал, в който най-малките части приличат на най-големите.

След това тази линия естествено създава лабиринт с начална точка и изход. Но изследването има много по-големи последици отвъд забавлението на нервни деца в закусвални.

От една страна, намирането на Хамилтонови цикли е изключително трудно. Решение, което би позволило идентифицирането на хамилтонианците, има потенциала да реши много други трудни математически проблеми, от сложни системи за намиране на маршрут до сгъване на протеини.

И, което е интересно, има последици за улавянето на въглерод чрез адсорбция, промишлен процес, който включва прехвърляне на молекули в течност чрез залепването им към кристали. Ако можехме да използваме квазикристали за този процес вместо това, гъвкавите молекули биха могли да се опаковат по-плътно, като лежат по дължината на Хамилтоновия цикъл в тях.

Не пропускайте най-важните новини - последвайте ни в Google News Showcase