Извиването на опашката на хамелеона, спиралата на люспите на епикон и вълничките, създадени от движещи се на вятъра пясъчни зърна, имат силата да хванат окото и да заинтригуват ума. Когато Чарлз Дарвин за пръв път предложи теорията за еволюцията чрез естествен подбор през 1859 г., той насърчи научните ентусиасти да намерят причини за природните модели, наблюдавани в земните зверове, въздушните птици и морските създания. Оперението на пауна, петната на акула трябва да служат на някаква адаптивна цел, те с нетърпение предположиха.
И все пак един човек видя всичко това като „бягство от ентусиазъм“, пише английският учен и писател Филип Бал в новата си книга „ Шаблони в природата: защо естественият свят изглежда по начина, по който го прави . Шотландският зоолог D'Arcy Wentworth Thompson е принуден да публикува свой собствен трактат през 1917 г., като обяснява, че дори творчеството на природата е ограничено от закони, породени от физически и химически сили. Идеите на Томпсън не се сблъскват с теорията на Дарвин, но те посочват, че са налице и други фактори. Докато естественият подбор може да обясни защо ивиците на тигър - стратегия за смесване със сенки в тревни и горски зони - начинът, по който химикалите се разпространяват чрез развиваща се тъкан, може да обясни как пигментът се оказва в тъмни и светли ленти, както и защо подобни модели могат да се изрежат на морска анемона.
В „ Шаблони в природата “ Бал привлича своя опит като физик и химик, както и повече от 20 години опит като редактор на научното списание Nature . Първата му книга, публикувана през 1999 г. ( The Self-Made Tapestry ), и трилогия, публикувана през 2009 г. ( Nature's Patterns: Shapes, Flow, Branches ), изследват темата за природните модели, но нито една от тях не е толкова богата, колкото най-новата му.
Модели в природата: защо естественият свят изглежда така, както го прави
КупуваЯрките фотографии в книгата са жизненоважни, обяснява Бал, защото някои от моделите могат да бъдат оценени изцяло само чрез повторение. „Когато видите няколко от тях един до друг в славни детайли, започвате да придобивате представа как природата приема тема и работи с нея“, казва той.
Обясненията, които Бал предлага, са прости и изящни, тъй като когато той обяснява как напоена петна от земята може да изсъхне в напукан пейзаж. "Сухият слой на повърхността се опитва да се свие спрямо все още влажния слой отдолу, а земята става обтегната от напрежение навсякъде", пише той.
И въпреки това той предлага достатъчно подробности, за да заинтригува и учените, и художниците. Зашеметяващите фотографии бяха курирани от дизайнерите в Marshall Editions, издател от групата Quarto в Лондон, която лицензира книгата на University of Chicago Press.
Бал говори пред Smithsonian.com за своята книга и вдъхновения.
Какво точно е модел?
Оставих го леко нееднозначно в книгата, нарочно, защото има чувството, че го познаваме, когато го видим. Традиционно мислим за шарките като за нещо, което просто се повтаря отново и отново в пространството по идентичен начин, нещо като модел на тапет. Но много модели, които виждаме в природата, не са съвсем такива. Ние смятаме, че има нещо редовно или поне не случайно в тях, но това не означава, че всички елементи са идентични. Мисля, че много познат пример за това биха били ивиците на зебрата. Всеки може да разпознае това като модел, но никоя ивица не е като всяка друга ивица.
Мисля, че можем да кажем, че всичко, което не е чисто случайно, има някакъв модел. Трябва да има нещо в тази система, което го е отдръпнало от онази чиста случайност или в другата крайност, от чистата еднообразие.
Защо решихте да напишете книга за природните модели?
Отначало това беше резултат от това, че съм бил редактор в Nature . Там започнах да виждам много работа в списанието - и по-широко в научната литература - по тази тема. Това, което ме порази, беше, че това е тема, която няма никакви естествени дисциплинарни граници. Хората, които се интересуват от този тип въпроси, могат да бъдат биолози, може да са математици, могат да бъдат физици или химици. Това ми хареса. Винаги съм харесвал теми, които не спазват тези традиционни граници.
Но мисля, че и визуалните бяха. Моделите са просто толкова поразителни, красиви и забележителни.
Тогава в основата на този аспект стои въпросът: как природата без какъвто и да е план или дизайн съставя модели като този? Когато правим шарки, това е така, защото сме го планирали по този начин, поставяйки елементите на мястото си. В природата няма планиращ, но по някакъв начин естествените сили се конспирират да създадат нещо, което изглежда доста красиво.
Имате ли любим пример за модел, открит в природата?
Може би един от най-познатите, но наистина един от най-забележителните е моделът на снежинката. Всички те имат една и съща тема - тази шесткратна шестоъгълна симетрия и въпреки това изглежда, че има безкрайно разнообразие в рамките на тези снежинки. Това е толкова прост процес, който преминава в тяхното формиране. Това е водна пара, която замръзва от влажен въздух. Няма нищо повече от това, но по някакъв начин създава този невероятно сложен, детайлен, красив модел.
Друга система, която откриваме отново и отново на различни места, както в живия, така и в неживия свят, е модел, който наричаме структури на Тюринг. Те са кръстени на Алън Тюринг, математикът, който положи основите на теорията за изчислението. Беше много заинтересован от това как се оформят модели. По-специално, той се интересуваше как става това в оплодена яйцеклетка, която е в основата на сферична клетка, която по някакъв начин се оформя в нещо толкова сложно, колкото човек, докато расте и се разделя.
Тюринг излезе с теория, която в основата си беше обяснение за това как цял куп химикали, които просто са витаещи в пространството, могат да си взаимодействат, за да създадат различия от едно малко пространство до друго. По този начин ще се появят семената на модел. Той изрази този процес в много абстрактно математическо отношение.
Изглежда, че нещо подобно може да е отговорно за моделите, които се образуват върху животинските кожи и някои модели, които виждаме и при насекомите. Но той се появява и в някои доста различни системи, в пясъчни дюни и пясъчни вълнички, образуващи се след вятъра на духането на пясък.
В своята книга споменавате факта, че науката и математиката все още не са обяснили напълно някои от тези модели. Можете ли да дадете пример?
Ние наистина наистина разбрахме как снежинките получават тези разклонени образувания от 80-те години на миналия век, въпреки че хората са изучавали и мислели по този въпрос в продължение на няколкостотин години. Но дори и сега е малко загадка защо всяка ръка на снежинката може да бъде почти идентична. Сякаш едната ръка може да комуникира с останалите, за да се увери, че те растат по специален начин. Това все още е изненадващо.
Новите форми на модели се откриват почти толкова бързо, колкото можем да намерим обяснения. В полусухите региони на света има странни модели на растителност, където има петна от растителност, разделени от петна от гола земя. Те също изглежда имат зад себе си механизъм, подобен на Тюринг, но това разбиране също е много скоро.
Какво се надявате читателите да намерят в книгата?
Когато започнах да разглеждам тази тема, започнах да виждам модели навсякъде. Спомням си, че когато бях на половината път, когато написах първата си книга през 1999 г. и бях на плаж в Уелс, изведнъж разбрах, че навсякъде има модели. В облаците и небето имаше различни модели, в морето имаше модели на вълни и т.н. Във водата, която течеше надолу през пясъка, имаше различен вид шарка. Дори самите скали не бяха чисто случайни.
И така, започвате да виждате шарки навсякъде около себе си. Надявам се хората да намерят това да им се случва, че ще оценят колко структура, заобикаляща ни, е шарена. В това има просто великолепие и радост.
