Невероятное Gömböc переворачивает само себя

Все прекрасно представляют, как работает неваляшка: сочетание особой формы и утяжелённого дна даёт забавный эффект. Но возможно ли создать объект, который обладал бы аналогичными свойствами, будучи гомогенным внутри, без смещённого центра тяжести? Это кажется невероятным, но такое тело существует.

Проблема неваляшки кажется пустяковой, пока не задумаешься, что эта игрушка обладает весьма интересными качествами. Так у неё есть только одно положение устойчивого равновесия и только одно положение неустойчивого равновесия (на голове). Почти любое другое тело, сколь бы сложным оно ни было, можно устойчиво поставить несколькими способами.

Создание гомогенного тела, обладающего свойствами неваляшки — это настоящий вызов математическому уму. И, собственно, два венгерских математика взялись за решение этой нетривиальной задачи: Габор Домокос (Gábor Domokos) из Будапештского университета технологий и экономики (BME) и Петер Варконий (Péter Várkonyi), работающий сейчас в Принстонском университете (Princeton University).

Достаточно ли одной только специальной формы объекта, чтобы он самостоятельно поднимался после опрокидывания? Друзья начали с разрешения этой задачки для двухмерных объектов — они вырезали из фанеры сложные фигуры, ставили их на ребро и смотрели, как они ведут себя при опрокидывании.

В конце концов, экспериментаторы смогли математически доказать, что у любой плоской формы есть, по меньшей мере, две точки устойчивого равновесия и, как минимум, две точки неустойчивого равновесия.

Но Габор и Петер намеревались создать усовершенствованный вариант неваляшки, а значит, нужно было подумать о трёхмерных объектах.

Они попробовали распространить свою "двухмерную" теорию на более высокие измерения и поняли, что трёхмерный самовосстанавливающийся объект, вероятно, может существовать. Но у него будет уже только одна точка устойчивого равновесия и только одно положение неустойчивого равновесия. Но как должно выглядеть такое тело?

Сначала, в поисках ответа на свой вопрос, исследователи обратились к природе. Так Домокос, отдыхая в Греции во время медового месяца, проверил на равновесие две тысячи камушков на берегу моря, но ни один экземпляр гальки не захотел сам "вскакивать", как неваляшка. "Почему он всё ещё женат — другой вопрос, — смеётся Варконий, — такое способна вынести далеко не каждая женщина".

Благодаря терпению ли жены Домокоса, или в силу таланта двух математиков, но искомый объект был построен. Сначала — чисто математически. Затем сотоварищи составили уравнения, по которым было вырезано уникальное тело.

Оно действительно восстанавливало единственное своё устойчивое положение при опрокидывании и переворачивании каким угодно образом. И у него действительно точка устойчивого равновесия была всего одна, и имелась лишь одна точка неустойчивого равновесия.