Objav Einsteinovej dlaždice v prírode: Klenot vedy

Dvom rokom sa stala senzáciou v matematickom svete: Einsteinova dlaždica, prvá jedinečná forma, ktorá dokáže pokryť plochu bez medzier, pričom sa jej vzor nikdy neopakuje. Tento objav spôsobil revolúciu od starovekých snov o dokonalej dlažbe až po fascinujúce možnosti v modernom vedeckom výskume. Neuveriteľné je, že skupina vedcov tvrdí, že objavila analógiu tejto dlaždice aj v prírode. Poďme sa pozrieť, čo to znamená.

Kľúčové poznatky

• Einsteinova dlaždica: Objavená v roku 2023 Davidom Smithom, táto monotilé je schopná pokryť rovinu neperiodickým spôsobom, pričom nikdy nevytvorí opakujúci sa vzor.
• Švajčiarski vedci a molekuly: Vedci zaznamenali, že určitá molekula sa dokáže spontánne zostaviť do neperiodického vzoru podobného Einsteinovej dlaždici.
• Chiralita a komplexnosť: Molakula využíva chiralitu svojich špirálovitých ramien, aby vytvorila stále komplexnejšie vzory, ktoré zdanlivo neperiódne vyplnia priestor.
• Prípadný význam: Tento chemický "monotil" môže priniesť nové možnosti v oblasti elektroniky, optiky či mechaniky.

Tilingové fascinácie: Od pravidelnosti k chaosu

Matematikov, umelcov aj vedcov odnepamäti fascinujú vzory pokrývajúce plochu bez medzier, známe ako "tilingy" alebo "tessellácie". Zatiaľ čo trojuholníky, štvorce a šesťboké dlaždice tvoria pravidelné vzory, najnovšie objavy ako Penroseove dlaždice či Einsteinova dlaždica posúvajú hranice do neznámej ríše neperiodických vrtánov.

Penroseove dlaždice, objavené v 70. rokoch 20. storočia Rogerom Penroseom, prvýkrát používali kvaziperiodické vzory v matematike. O niekoľko rokov neskôr chemik Dan Shechtman objavil kvazikryštály, ktoré tieto vzory využili v prírode. Za tento objav dokonca dostal Nobelovu cenu za chémiu v roku 2011.

Čo je Einsteinova dlaždica?

V roku 2023 David Smith objavil unikátnu dlaždicu s názvom Einsteinova dlaždica, ironicky pomenovanú podľa nemeckého významu slova "ein stein" – jeden kameň. Táto singularita mala potenciál naplniť rovinu bez opakovania vzoru, čo si vyžiadalo vyriešenie matematickej hádanky starej viac ako 60 rokov. Pre správne fungovanie je potrebné dlaždicu občas otočiť. Veľké trojuholníkové útvary, ktoré dlaždica vytvára, sa musia následne rôzne posúvať, aby sa medzi nimi vyplnili medzery.

Nová éra: Molekuly, ktoré kopírujú genius loci

Švajčiarski výskumníci teraz informujú o objave molekuly, ktorá sa na povrchu striebra spontánne zostavuje do vzorov pripomínajúcich Einsteinovu dlaždicu. Tieto molekuly majú v strede hviezdicový uhlovodík a tri špirálovité ramená, ktoré môžu vytvárať dva odlišné smery chiralitnej štruktúry. Rôzne kombinácie chiralít vytvárajú trojuholníkové oblasti, ktoré sa nikdy pravidelne neopakujú a usporadúvajú sa podľa pravidiel, ktoré sa stali fascinujúcimi.

Fyzika náhody: Ako chaos vytvára poriadok

Fyzikálne aspekty tohto objavu sú taktiež ohromujúce. Proces zostavovania molekúl je riadený náhodnosťou. Molekuly sa navzájom nájdu a usadia do stabilnej konfigurácie, ktorá je maximálne efektívna a zároveň neperiodická. V tomto prípade teda entropia pohybu molekúl vedie k vytváraniu zložitého poriadku.

Zamyslenie a budúce vyhliadky

Napriek tomu, že vedci zatiaľ nedokázali s určitosťou, že sa vzor nikdy neopakuje, dodržiava podobné princípy ako Einsteinova dlaždica. Rovnako ako kvazikryštály, aj táto chemická verzia monotilu môže otvoriť nové obzory v oblasti materiálneho dizajnu. Možno sa dočkáme ďalších inovácií v elektronike, optike alebo mechanike.

Komplexný vzájomný vzťah matematiky, chémie a fyziky a možnosti, ktoré nám otvára, sú fascinujúce a inšpiratívne. Kto vie, možno tento nový objav naberie na význame a aj on bude investovaný Nobelovou cenou, rovnako ako kvazikryštály pred ním.

Odkazy

• Štúdia v časopise Nature

Podobné objavy nám právom dávajú dôvod byť nadšení pre budúcnosť vedy. Nepravdepodobné sa stáva možným a hranice našich vedomostí sa neustále posúvajú ďalej.

Približne 143 gCO₂ bolo uvľnených do atmosféry a na chladenie sa spotrebovalo 0.72 l vody za účelom vygenerovania tohoto článku.