Codebreaker nổi tiếng nhất thế giới đã mở khóa những bí mật về vẻ đẹp của thiên nhiên

khoa học Không cần gọi đội cứu hỏa. rokopix / Shutterstock

Hòa mình vào thiên nhiên dường như là một thế giới khác xa với một lớp học toán. Nhưng vẻ đẹp xung quanh chúng ta có trật tự - và một trong những người viết mã giỏi nhất thế giới là chìa khóa để mở khóa nó.

Alan Turing có thể được biết đến nhiều nhất với việc giải mã các tin nhắn tiếng Đức được tạo ra bởi cỗ máy bí ẩn của họ trong Thế chiến II. Nhưng nhà khoa học có ảnh hưởng nghĩ về sự tương tác giữa thiên nhiên và toán học một cách sâu sắc trước cái chết không tưởng của anh ta trong 1954. Trong thực tế, anh ấy bài báo được xuất bản lần cuối trở thành một trong những lý thuyết sáng lập của sinh học toán học, một chủ đề dành cho việc tìm hiểu cơ chế hoạt động của tự nhiên bằng cách tìm ra các phương trình mô tả chúng, từ sự thay đổi quần thể loài đến cách phát triển khối u ung thư.

khoa học Một con cá nóc mbu mặc một mẫu Turing đặc biệt mê hoặc. Dennis Jacobsen / Shutterstock

Turing đề xuất rằng hai hóa chất sinh học di chuyển và phản ứng với nhau theo cách có thể dự đoán về mặt toán học có thể giải thích các hình dạng và mô hình trong tự nhiên. Ví dụ, hãy tưởng tượng rằng một chiếc áo choàng của một con báo là một khu rừng khô với hóa chất cháy F lửa bùng phát khắp nơi. Đồng thời, các hóa chất chữa cháy thuộc loại thứ hai hoạt động để bao vây và chứa các đám cháy này, để lại các mảng cháy - hoặc các đốm - trong khung cảnh lông thú.

Điều quan trọng là tốc độ của hóa chất ức chế chữa cháy phải nhanh hơn tốc độ của hóa chất kích hoạt tạo điểm tại chỗ cho các mẫu được tạo. Quá chậm, và hóa chất kích hoạt sẽ chiếm ưu thế, dẫn đến màu sắc đồng nhất.

Turing đã đưa ra hai phương trình mô hình hóa các loại mô hình sẽ được tạo ra khi cả nồng độ của hai hóa chất và tốc độ chúng khuếch tán thay đổi. Tuy nhiên, thật khó để giải các phương trình phức tạp này với các máy tính nguyên thủy vào thời điểm đó. Turing đã thực hiện nhiệm vụ siêng năng một lần, tạo ra một mô hình lốm đốm giống như da bò.

Được hỗ trợ bởi các máy tính hiện đại, các nhà khoa học đã chỉ ra rằng các phương trình của Turing có thể được sử dụng để mô phỏng vô số các mô hình hai chiều được nhìn thấy trong thế giới tự nhiên, từ dấu vân tayáo khoác của động vật đến cảnh quan bán khô cằn.

Cho thấy các phản ứng và chuyển động của hóa chất thực sự đằng sau việc tạo ra các mô hình tự nhiên là khó khăn hơn. Ví dụ, chúng ta không thể xem các đốm của loài báo phát triển trong bụng mẹ. Thậm chí quan sát các mẫu đáng chú ý của cá thiên thần đang phát triển thay đổi khi chúng phát triển từ giai đoạn vị thành niên đến tuổi trưởng thành không cung cấp bằng chứng cho thấy một điệu nhảy của hai hóa chất ức chế hoạt hóa đang hoạt động.

Gần đây, Mẫu Turing in nang lông, lông gàcá mập giống như cá mập vảy tất cả đã được chứng minh trực tiếp được tạo ra bởi sự tương tác giữa chất kích hoạt và hóa chất ức chế.

Tất nhiên, thiên nhiên hiếm khi đơn giản như hai hóa chất tương tác trong sự cô lập. Các nhà khoa học hiện đã mở rộng lý thuyết của Turing để giải thích các hệ thống phức tạp hơn như giường hến, kéo dài hàng trăm mét theo mẫu Turing lớn và hiển thị một kiểu mẫu hoàn toàn khác ở quy mô nhỏ hơn. Một phiên bản bốn hóa học của lý thuyết cũng mô hình chính xác sự hình thành các lằn trong miệng của động vật có xương sống.

Thật thú vị, chúng ta cũng có thể áp dụng công việc của Turing cho toàn bộ các mẫu phi hình ảnh. Ví dụ, nghiên cứu của tôi khám phá cách chúng ta sử dụng chúng để mô hình hóa các mô hình lãnh thổ của động vật. Thay vì mô tả nồng độ và phản ứng giữa các hóa chất, chúng tôi đã sử dụng các phương trình tương tự để mô tả xác suất vị trí của các cá nhân và sự tương tác giữa mỗi cá nhân và môi trường của nó.

Như bạn có thể tưởng tượng, các phương trình thường rất phức tạp, như nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự di chuyển của động vật, từ dấu hiệu mùi hương và sự hiện diện vật lý của các động vật khác đến vị trí của con mồi và thậm chí cả bộ nhớ.

Nhưng các mô hình chuyển động được dự đoán bởi các phương trình mô hình các yếu tố này so sánh cũng đáng ngạc nhiên đến sự di chuyển thực tế của động vật trong một khu vực. Cũng như hấp dẫn trong chính nó, nghiên cứu như thế này có thể giúp chúng tôi hiểu làm thế nào thay đổi môi trường sống của một loài ảnh hưởng đến hệ sinh thái rộng lớn hơn - điều có thể rất quan trọng khi xem xét mối đe dọa tuyệt chủng của khí hậu gây ra cho hàng trăm ngàn loài.

Phương pháp mô hình hóa các mô hình lãnh thổ này thậm chí có thể được mở rộng cho dân số loài người. Ví dụ, một phần của nghiên cứu cho thấy rằng sự di chuyển của các thành viên băng đảng Los Angeles có thể được dự đoán chính xác bằng các phương trình mô hình hóa vị trí trung tâm của băng đảng của họ và các thẻ graffiti của các băng đảng khác.

Có lẽ ngay cả Turing cũng không thể tưởng tượng được có bao nhiêu bí mật đẹp đẽ của thiên nhiên mà tờ giấy bán nguyệt của anh sẽ mở khóa. Và đó không chỉ là sinh học toán học mà anh ấy đã đóng góp xác định - chúng tôi có thiên tài của anh ấy để cảm ơn vì nhiều hơn nữa. Cảm ơn Alan.Conversation

Lưu ý

Natasha Ellison, nhà nghiên cứu tiến sĩ, Đại học Sheffield

Bài viết này được tái bản từ Conversation theo giấy phép Creative Commons. Đọc ban đầu bài viết.

Sách liên quan

enafarzh-CNzh-TWdanltlfifrdeiwhihuiditjakomsnofaplptruesswsvthtrukurvi

theo dõi Nội bộ trên

icon facebookicon twitterbiểu tượng youtubebiểu tượng instagrambiểu tượng pintrestbiểu tượng rss

 Nhận tin mới nhất qua email

Tạp chí hàng tuần Cảm hứng hàng ngày

NHỮNG VIDEO MỚI NHẤT

Cuộc di cư khí hậu vĩ đại đã bắt đầu
Cuộc di cư khí hậu vĩ đại đã bắt đầu
by super User
Cuộc khủng hoảng khí hậu đang buộc hàng nghìn người trên thế giới phải chạy trốn khi nhà cửa của họ ngày càng trở nên không thể ở được.
Kỷ băng hà cuối cùng cho chúng ta biết lý do tại sao chúng ta cần quan tâm đến sự thay đổi nhiệt độ 2oC
Kỷ băng hà cuối cùng cho chúng ta biết lý do tại sao chúng ta cần quan tâm đến sự thay đổi nhiệt độ 2oC
by Alan N Williams và cộng sự
Báo cáo mới nhất từ ​​Hội đồng liên chính phủ về biến đổi khí hậu (IPCC) tuyên bố rằng không có sự sụt giảm đáng kể
Trái đất đã tồn tại được môi trường sống trong hàng tỷ năm - Chính xác là chúng ta đã may mắn đến mức nào?
Trái đất đã tồn tại được môi trường sống trong hàng tỷ năm - Chính xác là chúng ta đã may mắn đến mức nào?
by Toby Tyrrell
Phải mất 3 hoặc 4 tỷ năm tiến hóa để tạo ra Homo sapiens. Nếu khí hậu hoàn toàn thất bại chỉ một lần trong đó…
Lập bản đồ thời tiết 12,000 năm trước có thể giúp dự đoán biến đổi khí hậu trong tương lai như thế nào
Lập bản đồ thời tiết 12,000 năm trước có thể giúp dự đoán biến đổi khí hậu trong tương lai như thế nào
by Brice Rea
Sự kết thúc của kỷ băng hà cuối cùng, khoảng 12,000 năm trước, được đặc trưng bởi một giai đoạn lạnh cuối cùng được gọi là Younger Dryas.…
Biển Caspi sẽ giảm 9 mét hoặc hơn thế kỷ này
Biển Caspi sẽ giảm 9 mét hoặc hơn thế kỷ này
by Frank Wesselingh và Matteo Lattuada
Hãy tưởng tượng bạn đang ở trên bờ biển, nhìn ra biển. Trước mặt bạn là 100 mét cát cằn cỗi trông giống như một…
Sao Kim giống Trái đất hơn, nhưng biến đổi khí hậu khiến nó không thể ở được
Sao Kim giống Trái đất hơn, nhưng biến đổi khí hậu khiến nó không thể ở được
by Richard Ernst
Chúng ta có thể học được nhiều điều về biến đổi khí hậu từ Sao Kim, hành tinh chị em của chúng ta. Sao Kim hiện có nhiệt độ bề mặt là…
Năm sự hoài nghi về khí hậu: Khóa học về sự cố trong thông tin sai lệch về khí hậu
Năm sự hoài nghi về khí hậu: Khóa học về sự cố trong thông tin sai lệch về khí hậu
by John Cook
Video này là một khóa học về thông tin sai lệch về khí hậu, tóm tắt các lập luận chính được sử dụng để gây nghi ngờ về thực tế…
Bắc Cực đã không ấm thế này trong 3 triệu năm và điều đó có nghĩa là những thay đổi lớn đối với hành tinh
Bắc Cực đã không ấm thế này trong 3 triệu năm và điều đó có nghĩa là những thay đổi lớn đối với hành tinh
by Julie Brigham-Grette và Steve Petsch
Hàng năm, lượng băng biển bao phủ ở Bắc Băng Dương giảm xuống mức thấp vào giữa tháng 1.44. Năm nay, nó chỉ đo được XNUMX…

BÀI VIẾT MỚI NHẤT

năng lượng xanh2 3
Bốn cơ hội về hydro xanh cho vùng Trung Tây
by Christian Tae
Để ngăn chặn một cuộc khủng hoảng khí hậu, Trung Tây, giống như phần còn lại của đất nước, sẽ cần phải khử cacbon hoàn toàn nền kinh tế của mình bằng cách…
ug83qrfw
Rào cản chính đối với nhu cầu đáp ứng nhu cầu cần kết thúc
by John Moore, Trên Trái đất
Nếu các cơ quan quản lý liên bang làm đúng, khách hàng sử dụng điện trên khắp Trung Tây có thể sớm kiếm được tiền trong khi…
cây để trồng cho khí hậu2
Trồng những cây này để cải thiện cuộc sống thành phố
by Mike Williams-Rice
Một nghiên cứu mới xác định cây sồi sống và cây sung Mỹ là những nhà vô địch trong số 17 “siêu cây” sẽ giúp tạo ra các thành phố…
đáy biển phía bắc
Tại sao chúng ta phải hiểu địa chất đáy biển để khai thác gió
by Natasha Barlow, Phó Giáo sư về Thay đổi Môi trường Đệ tứ, Đại học Leeds
Đối với bất kỳ quốc gia nào được thiên nhiên ưu đãi dễ dàng tiếp cận Biển Bắc cạn và nhiều gió, gió ngoài khơi sẽ là chìa khóa để đáp ứng mạng lưới…
3 bài học về cháy rừng cho các thị trấn trong rừng khi Dixie Fire phá hủy lịch sử Greenville, California
3 bài học về cháy rừng cho các thị trấn trong rừng khi Dixie Fire phá hủy lịch sử Greenville, California
by Bart Johnson, Giáo sư Kiến trúc Cảnh quan, Đại học Oregon
Một đám cháy rừng bùng cháy trong khu rừng núi khô nóng quét qua thị trấn Cơn sốt vàng ở Greenville, California, vào ngày 4 tháng XNUMX,…
Trung Quốc có thể đáp ứng các mục tiêu về năng lượng và khí hậu Giới hạn năng lượng than
Trung Quốc có thể đáp ứng các mục tiêu về năng lượng và khí hậu Giới hạn năng lượng than
by Alvin Lin
Tại Hội nghị thượng đỉnh về khí hậu của Nhà lãnh đạo vào tháng XNUMX, Tập Cận Bình cam kết rằng Trung Quốc sẽ “kiểm soát chặt chẽ nhiệt điện than…
Nước trong xanh bao quanh bởi cỏ trắng chết chóc
Bản đồ theo dõi 30 năm tuyết tan khắc nghiệt trên khắp Hoa Kỳ
by Mikayla Mace-Arizona
Một bản đồ mới về các hiện tượng tuyết tan khắc nghiệt trong 30 năm qua làm rõ các quá trình thúc đẩy quá trình tan chảy nhanh chóng.
Một chiếc máy bay thả chất chống cháy đỏ vào đám cháy rừng khi các nhân viên cứu hỏa đậu dọc con đường nhìn lên bầu trời màu cam
Mô hình dự đoán đợt cháy rừng kéo dài 10 năm, sau đó suy giảm dần
by Hannah Hickey-U. Washington
Nhìn vào tương lai dài hạn của cháy rừng dự đoán một đợt bùng phát cháy rừng ban đầu kéo dài khoảng một thập kỷ,…

 Nhận tin mới nhất qua email

Tạp chí hàng tuần Cảm hứng hàng ngày

Thái độ mới - Khả năng mới

Nội địa.comClimateImpactNews.com | InnerPower.net
MightyNatural.com | WholisticPolitics.com | Thị trường nội địa
Copyright © 1985 - 2021 InnerSelf Publications. Tất cả các quyền.