Какую форму имеет зернышко граната?

Разрезав большой плод граната, нетрудно заметить, что большинство зерен имеет форму той же ромбической фигуры, если ее не искажает ряд корешков, подводящих к зернам питательные соки.

В этих двух примерах хочется спросить: кто же виновник того, что пчелиные соты и зерна граната имеют форму правильной ромбической фигуры? Причина не может таиться в самом материале. Ведь пчелам негде взять готовые ромбические листочки, которые можно было бы собрать, а затем построить из них свои домики. Столь же маловероятно, чтобы лишь в плодах граната зерна сами по себе становились ребристыми, в то время как во всех других плодах зерна остаются круглыми, что отнюдь не мешает им вздуваться и набухать, если подводимая к ним влага проникает сквозь жесткую оболочку и переполняет ее.

Следовательно, причину формы зерен граната надлежит искать в душе растения, пекущейся о его росте. Однако сама по себе эта причина недостаточна, и действует она в плоде не по каким-то формальным свойствам, а в силу необходимости, проистекающей из свойств материала. Действительно, в начале, пока зернышки малы и им хватает места внутри кожуры, они круглые. Затем кожура затвердевает, а зернышки продолжают расти, тесня и сдавливая друг друга, как горошины внутри своих продолговатых стручков. Но горошины не могут двигаться:

Какую форму имеют горошины?

ведь они размещены в продолговатом стручке в определенном порядке и испытывают сжатие с двух сторон. Что же касается круглых зерен в плодах граната, то вначале у них имеется больше свободного пространства, каждое зернышко в отдельности легко проникает между трех зернышек соседнего слоя (такое проникновение облегчается тем, что зерна имеют круглую форму), а жидкость из тесного места заполняет освободившееся пространство. Если насыпать некоторое количество одинаковых по величине шариков из мягкого материала в какой-нибудь круглый сосуд и начать равномерно сдавливать его со всех сторон обручами, то большинство шариков примет форму ромбических тел, в особенности если, предварительно встряхнув сосуд, заставить шарики перекатиться и расположиться как можно более тесно. Если шарики выстроились вдоль прямой и их относительное расположение нельзя ничем нарушить, то после сжатия они превратятся в кубы.

В общем случае одинаковые по величине шары, собранные в каком-нибудь сосуде, располагаются в нем двумя способами - в соответствии с двумя способами их расположения на каждой плоскости.

Если собрать равные по величине шары, разбросанные по горизонтальной плоскости, так, чтобы они касались друг друга, то шары расположатся либо в вершинах равносторонних треугольников, либо в вершинах квадратов. В первом случае каждый шар окружен шестью другими, во втором - четырьмя. В обоих случаях характер касания для всех шаров, кроме наружных, одинаков. Расположение в вершинах правильного пятиугольника не позволяет шарам сохранять равновесие, расположение в вершинах правильного шестиугольника распадается на несколько треугольных. Таким образом, как я и говорил, на плоскости существуют лишь два расположения.

Рис. 1

Итак, если ты перейдешь теперь к построению плотнейшей пространственной упаковки шаров и для этого станешь накладывать одно на другое плотнейшие расположения шаров на плоскости, то возникнут либо либо квадраты A, либо треугольники B (рис. 1). Если получились квадраты, то либо каждый шар верхнего ряда будет стоять на шаре нижнего ряда, либо, наоборот, шары верхнего ряда расположатся в углублениях между четырьмя шарами нижнего ряда. В первом случае каждый шар касается четырех соседних шаров из того же ряда, одного шара сверху и одного шара снизу, то есть всего шести шаров. Это - кубическое расположение шаров, и при сжатии образуются кубы, но оно не является плотнейшим расположением. Во втором случае каждый шар, помимо четырех соседних шаров, расположенных в той же плоскости, касается еще четырех шаров над ним и четырех шаров под ним, то есть всего 12 шаров. При сжатии из шаров получаются ромбические тела. Это расположение очень напоминает октаэдр и пирамиды. Эта укладка шаров плотнейшая: при любом другом расположении в тот же сосуд не удается добавить шаров. С другой стороны, если ряды шаров на плоскости расположены в треугольном порядке, то при построении тела либо каждый шарик верхнего ряда стоит на шарике нижнего ряда, причем и в этом случае упаковка не является плотнейшей, либо каждый шарик верхнего ряда располагается в углублении между четырьмя шариками нижнего ряда. В первом случае каждый шар касается шести соседних шаров, расположенных в той же плоскости, одного шара над собой и одного шара под собой, то есть всего восьми шаров. Расположение напоминает по внешнему виду призму, и при сжатии шары превращаются в столбики с шестью четырехугольными боковыми гранями и двумя шестиугольными основаниями. Во втором случае получается то же и самое, что получалось ранее при квадратном расположении шаров. Пусть B (рис. 2) - три попарно соприкасающихся шара. Положим на них сверху еще один шар A. Пусть C - другая группа из шести шаров, D - еще одна группа из 10 шаров и E - группа из 15 шаров. Меньшую группу всегда клали на большую, чтобы получилась пирамида. При таком наложении слоев каждый из верхних слоев располагается между тремя нижними. Но если извлекать по одному шару из перевернутой пирамиды, обращенной вверх не вершиной, а целой гранью, то четыре шара под ним всякий раз будут располагаться в квадратном порядке. Кроме того, как и прежде, один шар касается 12 других: шесть соседних шаров, расположенных в той же плоскости, три шара вверху и три внизу. Таким образом, в плотнейшей пространственной упаковке треугольное расположение шаров не может встречаться без квадратного, и наоборот.

Рис. 2