據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，最近，一個由西班牙卡米亞斯大主教大學(xué)（UPCO）、馬德里卡洛斯三世大學(xué)（UC3M）的科學(xué)家組成的研究小組，首次開發(fā)出一種表現(xiàn)普適機(jī)制的數(shù)學(xué)模型，能描述某些復(fù)雜自然花紋形成的規(guī)則，比如花椰菜的表面圖案。相關(guān)論文發(fā)表在最近出版的《新物理學(xué)》雜志上。
該研究屬于分形幾何學(xué)領(lǐng)域。這一類分形非常有趣，它們在自然界不同性質(zhì)、不同尺度的許多系統(tǒng)中廣為存在。自然科學(xué)的任一分枝中幾乎都能發(fā)現(xiàn)分形：數(shù)學(xué)中的各種函數(shù)，地質(zhì)學(xué)中的河谷、海岸線，生物中的集體細(xì)胞、植物、血管網(wǎng)，物理中的固體結(jié)晶表面形狀生長、星系分布，化學(xué)中的化學(xué)反應(yīng)物在空中的分布等。此外，還有人在研究分形與人造結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，如通訊與運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)，城市布局等。
然而，各種自然結(jié)構(gòu)的外形及其隨時間的演化是否有著共同的控制機(jī)制？“我們的新模型能詳細(xì)地描述菜花一類圖案的形態(tài)在時空中的演化。”論文作者之一、UC3M數(shù)學(xué)系教授魯?shù)婪?middot;庫爾諾說。
研究人員介紹說，在實驗中，他們把一個特定因素（擾動項）加入到此前構(gòu)建的一個相關(guān)模型中，關(guān)聯(lián)就自然發(fā)生了，此時就開始了模擬。當(dāng)表面圖案在數(shù)字模擬出現(xiàn)時，他們立刻對這些形狀進(jìn)行了鑒定，發(fā)現(xiàn)這些圖案和實驗同事以往在他們自己實驗室里，在正確條件下獲得的結(jié)果一致。在模擬這些特征的基礎(chǔ)上，他們推測出了能夠通用的普適機(jī)制，并有助于構(gòu)建其他不同系統(tǒng)的模型，比如一個燃燒面。
該成果有助于改良薄膜涂層技術(shù)，掌握它們在什么情況下會表現(xiàn)出光滑、起皺或粗糙的形狀。研究人員指出，這對計算機(jī)模擬生成材質(zhì)紋理也非常有用。而且從概念上，這給我們提供了有關(guān)普適機(jī)制的線索，指導(dǎo)我們?nèi)ッ枋鲆粋�整體中不同部分的結(jié)構(gòu)是如何形成的，比如在有資源競爭的條件下，一個系統(tǒng)的不同部分之間會形成怎樣的結(jié)構(gòu)。