مدرسة الأسماك وسرب الحشرات والطيور تطير في النفخات. الآن ، وجد بحث جديد أنه على المستوى الأساسي ، يشكل هذا النوع من سلوك المجموعة نوعًا جديدًا من المادة النشطة ، تسمى الحالة الدوامة.
القوانين الفيزيائية مثل قانون نيوتن الثاني للحركة – التي تنص على أنه مع زيادة القوة المطبقة على جسم ما ، فإن تسارعه يزداد ، وأنه كلما زادت كتلة الجسم ، يتناقص تسارعه – ينطبق على المادة السلبية غير الحية ، والتي تتراوح من الذرات إلى الكواكب. قال نيكولاي بريليانتوف ، عالم الرياضيات في معهد سكولكوفو للعلوم والتكنولوجيا في روسيا وجامعة ليستر في إنجلترا ، إن الكثير من المادة في العالم هي مادة نشطة وتتحرك تحت قوتها الذاتية التوجيه. الكائنات الحية متنوعة مثل بكتيرياوالطيور والبشر يمكن أن يتفاعلوا مع القوى عليهم. هناك أمثلة على مادة نشطة غير حية أيضًا. تتكون الجسيمات النانوية المعروفة باسم “جسيمات جانوس” من جانبين لهما خصائص كيميائية مختلفة. التفاعلات بين الجانبين تخلق حركة ذاتية الدفع.
متعلق ب: ما هذا؟ أجاب على أسئلتك الفيزيائية
لاستكشاف المادة النشطة ، استخدم بريليانتوف وزملاؤه جهاز كمبيوتر لمحاكاة الجسيمات التي يمكنها الدفع الذاتي. قال بريليانتوف لـ Live Science إن هذه الجسيمات لم تكن تتفاعل بوعي مع البيئة. بدلا من ذلك ، كانوا أقرب إلى البكتيريا البسيطة أو الجسيمات النانوية ذات المصادر الداخلية للطاقة ، ولكن بدون قدرات معالجة المعلومات.
كانت المفاجأة الأولى أن هذا نشط شيء يتصرف بشكل مختلف تمامًا عن المادة السلبية. قال بريليانتوف إن حالات مختلفة من المادة السلبية يمكن أن تتعايش. على سبيل المثال ، يمكن أن يتبخر كوب من الماء السائل تدريجيًا إلى الحالة الغازية مع ترك الماء السائل وراءه. أما المادة الفعالة ، بالمقابل ، فلم تتعايش في مراحل مختلفة. كانت كلها صلبة ، كلها سائلة أو غازية بالكامل.
تم تجميع الجسيمات معًا أيضًا في شكل تكتلات كبيرة ، أو شبه جسيمات ، تم طحنها معًا في نمط دائري حول فراغ مركزي ، مثل دوامة من سمك السردين المدرسي. أطلق الباحثون على تكتلات الجسيمات اسم “الدوامات” ، وأطلقوا على الحالة الجديدة للمادة التي شكلوها “حالة دوامة”.
في هذه الحالة الدوامية ، أظهرت الجسيمات سلوكًا غريبًا. على سبيل المثال ، انتهكوا قانون نيوتن الثاني: عندما تم تطبيق قوة عليهم ، لم يتسارعوا.
“[They] فقط تحرك بسرعة ثابتة ، وهذا أمر مثير للدهشة تماما “، قال بريليانتوف.
وقال إن عمليات المحاكاة كانت أساسية ، والعمل التجريبي مع المادة النشطة في العالم الحقيقي يعد خطوة تالية مهمة. يخطط بريليانتوف وزملاؤه أيضًا لإجراء عمليات محاكاة أكثر تعقيدًا باستخدام جزيئات المادة الفعالة ذات القدرات في معالجة المعلومات. سوف تشبه هذه الحشرات والحيوانات عن كثب وتساعد على الكشف عن القوانين الفيزيائية التي تحكم التعليم والتجمع والتجمع. قال بريليانتوف إن الهدف في النهاية هو إنشاء مواد ذاتية التجميع من مادة نشطة ، مما يجعل من المهم فهم مراحل هذا النوع من المادة.
قال بريليانتوف: “من المهم جدًا أن نرى طبيعة المادة الفعالة” أكثر ثراءً من طبيعة المادة السلبية.
تم تفصيل البحث في أكتوبر 2020 في المجلة التقارير العلمية.
نُشر في الأصل على Live Science.
“هواة الإنترنت المتواضعين بشكل يثير الغضب. مثيري الشغب فخور. عاشق الويب. رجل أعمال. محامي الموسيقى الحائز على جوائز.”