Математики разрабатывают броуновскую теорию для реального мира

Математики разрабатывают броуновскую теорию для реального мира — то есть для условий, когда жидкость, в которой движутся частицы, не статична. Работа ученых из Университета Королевы Марии опубликовано в журнале Nature.

Броуновское движение описывает случайное движение частиц в жидкости, однако эта модель работает только тогда, когда жидкость статична или находится в равновесии.

В реальных условиях жидкости часто содержат частицы, которые движутся сами по себе, такие как крошечные плавающие микроорганизмы. Они могут вызвать движение в жидкости, которое выводит ее из равновесия.

Кроме того, эксперименты показали, что неподвижные «пассивные» частицы могут делать странные, петлеобразные движения при взаимодействии с «активными» частицами. Такие движения не соответствуют обычному поведению частиц, описанному броуновским движением, и до сих пор ученые пытались объяснить, как такие масштабные хаотические движения возникают в результате микроскопических взаимодействий между отдельными частицами.

Новая теория, выдвинутая учеными, объясняет этот процесс. Исследователи создали модель движения частиц в активных жидкостях, которая учитывает все экспериментальные наблюдения. Расчеты показали, что эффективная динамика частиц следует за так называемым «полетом Леви». Это понятие широко используется для описания «экстремальных» движений в сложных системах, которые очень далеки от типичного поведения.

Полеты Леви — движение, состоящее из серий коротких перемещений, причем в промежутках между ними совершаются длинные перемещения. Таким образом, если прочертить траекторию такого движения, то получится большая фигура, состоящая из маленьких, которые по форме напоминают большую.

«До сих пор не было объяснения, как на самом деле могут происходить полеты Леви на микроскопических взаимодействиях, которые подчиняются физическим законам. Наши результаты показывают, что полеты Леви могут возникать как следствие гидродинамических взаимодействий между активными и пассивными частицами в жидкостях, что очень удивительно»

Киёси Канадзава, ведущий автор исследования

Исследователи обнаружили, что плотность активных частиц также влияла на продолжительность режима полета Леви. В связи с этим они предположили, что плавающие микроорганизмы могут использовать полеты Леви с питательными веществами, чтобы определить лучшие стратегии поиска пищи для различных сред.

Подписывайтесь
на наши каналы в Telegram

«Хайтек»новостионлайн

«Хайтек»Dailyновости 3 раза в день

Первая полоса
Юпитер оказался не таким, как считали ученые: открытие опровергает гипотезу о гиганте
Космос
Физики придумали, как найти новые измерения в пространстве
Наука
Посмотрите на первое фото кометы C/2024 G3 в России: она прилетает раз в 160 000 лет
Космос
Ученые нашли необычные частицы: их поведение невозможно объяснить обычной физикой
Наука
Байден запретит поставки ИИ-чипов в Россию: что ответила NVIDIA
Новости
300 млрд киловатт-часов: Китай строит крупнейшую в мире гидроэлектростанцию
Новости
Парниковые газы предложили хранить в стенах домов для борьбы с изменением климата
Наука
Ученые разгадали тайну, как древние птерозавры поднялись в воздух
Наука
Эксперимент показал, что фотоны света могут вести себя как частицы темной материи
Наука
ИИ создал крупнейшую базу данных фотографий северного сияния
Наука
Молекулы РНК превратили в «фонарики», чтобы отслеживать их работу в клетке
Наука
Европейский зонд показал северный полюс Меркурия в рекордных деталях
Космос
Посмотрите, как изменится внешний вид людей через 30 лет  
Наука
Посмотрите на первые фото Tesla Model Y без камуфляжа  
Новости
«Тостер» для смартфона обновляет зарядку гаджета за секунды
Новости
Гаджет, который научился читать мысли человека, показали на CES 2025
Новости
Эта камера будет снимать на Луне: Nikon представила прототип на CES 2025  
Новости
Ярчайший гамма-всплеск в истории связали с теорией струн и темной материей  
Новости
Наука в фокусе: кто и зачем делает научно-популярные видеоблоги в России
Кейсы
Telegram раскрыл данные о 2000 пользователях в после ареста Дурова
Новости