Физики вывели формулу для формы яблока и подтвердили ее экспериментально

Форма яблока — одна из самых узнаваемых в мире, при этом довольно простая: это почти шарик, не считая характерной выемки сверху, где крепится его ножка. Но как она образуется? Этим вопросом озаботилась группа физиков и математиков из Гарвардской школы инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона. Результаты своих наблюдений ученые опубликовали в журнале Nature Physics.

Исследовательская группа начала со сбора яблок на разных стадиях роста в июне 2018 года во фруктовом саду Кембриджского университета. Каждое яблоко разрезали вдоль, фиксируя форму искривления вокруг ножки. Так ученые получили данные о том, как форма плода яблони меняется со временем: оказалось, выемка формируется постепенно и почти незаметна у яблок диаметром меньше 1,5 сантиметра.

Чтобы математически описать эти наблюдения, авторы работы обратились к теории особенностей (или сингулярностей), которая подходит для самых разнообразных явлений — от поведения черных дыр до возникновения световых узоров на дне бассейна. С ее помощью ученые вывели формулу универсальной кривой для формы выемки, которая отлично согласуется с полученными данными реальных яблок.

Затем ученые исследовали механическую основу образования выемки. Наблюдения показали, что яблоко растет везде, кроме области вокруг ножки и внутренней сердцевины. Численное моделирование и эксперименты с набухающим гелем подтвердили, что разница в скорости роста у разных частей этого плода формирует выемку. Кроме того, ученые выяснили, что механическая нестабильность может приводить к возникновению нескольких перегибов вокруг ножки.

В дальнейшем ученые планируют выяснить молекулярные и клеточные механизмы, которые порождают эту биологическую сингулярность.