Легендарная форма розы оказалась результатом не вдохновения, а геометрической фрустрации — физики объяснили как

Учёные из Еврейского университета в Иерусалиме раскрыли тайну того, как именно формируется характерная изящная форма лепестков розы. Исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что в основе распускания роз лежит сложная механика, до сих пор остававшаяся вне поля зрения науки.

Команда физиков — Яфэй Чжан, Омри Коэн, Михаэль Моше и Эран Шарон — подошла к задаче с трёх сторон. Сначала они разработали теоретическую модель, затем провели численные симуляции роста лепестков, а в завершение создали физические модели из гибкого пластика, чтобы наглядно проверить, как «растут» лепестки в условиях, приближённых к реальным.

Ключевой находкой стало понимание того, что форма лепестков определяется так называемой несовместимостью Майнарди — Кодацци — Петерсона. Это явление возникает, когда геометрические свойства поверхности нарушаются из-за внутренних ограничений материала, в результате чего появляются силы, заставляющие лепестки изгибаться, формируя острые края и закрученные участки. Иначе говоря, лепестки как бы «хотят» приобрести простую, чуть изогнутую форму — наподобие чаши, — но не могут из-за внутренних противоречий в структуре. В ответ на эти ограничения они образуют несколько завитков, разделённых резкими изломами. С каждым новым лепестком напряжение нарастает, а форма становится всё более выразительной.

Особенность розы, как отмечают учёные, в том, что её рост подчиняется не тем законам, которые управляют формой большинства других цветов. У типичных растений геометрические искажения вызваны так называемой несовместимостью Гаусса, при которой возникают волнообразные узоры, но не такие резкие линии и острые края. Работа израильских физиков открывает путь к созданию новых материалов, способных менять форму по заранее заданной программе — с потенциалом для использования в инженерии, дизайне и биомедицине.