Фізики вивели формулу для форми яблука і підтвердили її експериментально

У цьому дослідникам допомогли теорія сингулярностей, регулярний збір і вимір врожаю, а також експерименти з набухаючим гелем.

Форма яблука – одна з найбільш відомих у світі, при цьому досить проста: це майже кульку, не рахуючи характерною виїмки зверху, де кріпиться його ніжка. Але як вона утворюється? Цим питанням переймається група фізиків і математиків з Гарвардської школи інженерії та прикладних наук Джона А. Полсона. Результати своїх спостережень вчені опублікували в журналі Nature Physics.

Дослідницька група почала зі збору яблук на різних стадіях росту в червні 2018 року під фруктовим садом Кембриджського університету. Кожне яблуко розрізали уздовж, фіксуючи форму викривлення навколо ніжки. Так вчені отримали дані про те, як форма плоду яблуні змінюється з часом: виявилося, виїмка формується поступово і майже непомітна у яблук діаметром менш як 1,5 сантиметра.

Щоб математично описати ці спостереження, автори роботи звернулися до теорії особливостей (або сингулярностей), яка підходить для найрізноманітніших явищ – від поведінки чорних дір до виникнення світових візерунків на дні басейну. З її допомогою вчені вивели формулу універсальної кривої для форми виїмки, яка добре узгоджується з отриманими даними реальних яблук.

Потім вчені досліджували механічну основу освіти виїмки. Спостереження показали, що яблуко росте скрізь, крім області навколо ніжки і внутрішньої серцевини. Чисельне моделювання та експерименти з набухаючим гелем підтвердили, що різниця у швидкості росту у різних частин цього плоду формує виїмку. Крім того, вчені з’ясували, що механічна нестабільність може призводити до виникнення кількох перегинів навколо ніжки.

Надалі вчені планують з’ясувати молекулярні і клітинні механізми, які породжують цю біологічну сингулярність.

Джерело