Знание-сила, 1997 № 07 (841) (Журнал «Знание-сила») - страница 54
В каком-то смысле ситуация с физическими моделями напоминает известную притчу о слепцах, изучавших слона,— один, потрогав хобот, уверял, что слон похож на змею, другой, ощупав слоновью ногу, считал, что слон напоминает колонну, и так далее. Несколько утрируя, можно сказать, что все модели неверны, однако некоторые из них удобны. В отличие от физических, трехмерные и тем более мультимедийные компьютерные модели кажутся интеллектуально менее изощренными, но, действуя непосредственно на человеческие органы чувств, обладают намного большей наглядностью и даже эмоциональной силой. Уж слон — так слон!
Компьютерная анимация мышечных движений для разных существ позволяет многое понять благодаря именно некоему прочувствованию всей физико-биологической ситуации. Одним из чисто физических результатов моделирования с помощью машинной графики стало утверждение, что двигательные молекулы в мышце образуют такую структуру, которая идеально подходит для получения максимальной силы. А уж совсем практическим результатом стало конструирование нового типа запасных частей для сердца. В конце концов основным мотивом всей компьютерной биомеханики становится разработка новых принципов физической терапии.
• Точно так же можно получить трехмерную математическую модель кисти руки (рисунок 6). Сегодня, одиако, существует более непосредственный способ ввода трехмерных изображений в компьютер — с помощью технологии виртуальной реальности. Перчатка с укрепленными на ней волоконно- оптическими кабелями и крошечными датчиками позноляет получать в компьютере абсолютно реалистические, причем движущиеся, изображения руки (рисунок 7).
Кому-то может показаться, что принципиальной разницы между физическим и компьютерным моделированием нет. При достаточном увеличении ресурса компьютера физическая модель становится на экране более зрелищной, а мультимедийная — более достоверной. На самом деле разница в более глубоких вещах: в различии подхода к проблеме, если хотите — в ментальности научного мировоззрения. Для примера возьмем какой-нибудь важный для науки реальный объект, скажем, молекулу ДНК, весьма сложную трехмерную макромолекулу, и посмотрим, на что прежде всего обращают внимание физики. Когда физик произносит слово «молекула», первая его ассоциация — колебания. Так и в случае молекулы ДНК: физики любят рассматривать модели, описывающие крутильные колебания чередующихся звеньев (нуклеотидов) этой гигантской молекулярной спирали, причем сами нуклеотиды моделируются некими абстрактными осцилляторами, подвешенными на невесомой нерастяжимой нити, а связь между соседними нуклеотидами в спиральной цепочке моделируется линейной пружинкой. (Для более продвинутых интересующихся замечу, что сама спиральность часто не учитывается — см., например, известную работу американского физика М. Салерно, Phys. Rew А44, 1991, № 8, стр. 5292). Здесь еще интересно то, что при подобном описании важнейшего биологического объекта можно вообще ничего Не знать о биологии, как будто ее вовсе и не нужно; мелькает даже мысль: какой смысл тратить годы на ее изучение? Тем не менее даже такая, казалось бы, выхолощенная постановка задачи приводит к нетривиальному описанию Нелинейных волн, распространяющихся по молекулам.