ペンローズタイリング

1974年にロジャー・ペンローズが発見した非周期的タイリング。2011年のノーベル化学賞を受賞した準結晶の発見に重要な役割を果たしました。

ペンローズタイリング設定

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ペンローズタイリングとは

ペンローズタイリングは、平面を非周期的に敷き詰めることができる特殊なタイリングパターンです。通常のタイル張りとは異なり、パターンは決して繰り返しません。

黄金比 φ = (1+√5)/2 ≈ 1.618

ペンローズタイリングには黄金比が至る所に現れます。タイルの辺の比率、分割比、出現頻度など、あらゆる場所でこの神秘的な数が顔を出します。

操作方法

タイルの種類(P3型)

太い菱形(Thick Rhombus)

角度:72°と108°
より頻繁に出現するタイプ

細い菱形(Thin Rhombus)

角度:36°と144°
黄金比の割合で出現

数学的性質:

  • 5回対称性:正五角形と同じ回転対称性を持つ
  • 非周期性:どの方向にも周期的な繰り返しがない
  • 自己相似性:部分が全体と似た構造を持つ
  • 準結晶構造:物理学の準結晶と同じ数学的構造

準結晶との関係

1984年、ダニエル・シェヒトマンは、ペンローズタイリングと同じ5回対称性を持つ結晶構造を発見しました。これは従来の結晶学の常識を覆す発見で、準結晶と名付けられました。この功績により、2011年にノーベル化学賞を受賞しています。

応用と影響

発見の歴史

ロジャー・ペンローズは、宇宙物理学者として知られていますが、趣味で取り組んでいたタイリング問題で、この美しい非周期的パターンを発見しました。当初は純粋に数学的な興味から研究されていましたが、後に物理学や材料科学に革命をもたらすことになりました。

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