كان على العلماء الاعتماد على التقريبات أو وجهات النظر المحدودة حتى الآن لتحليل حركة الجسيمات من خلال المواد المسامية مثل الأنسجة البيولوجية والبوليمرات والمعادن المختلفة والإسفنج. قدمت دراسة جديدة الآن تقنية جديدة تقدم فرصًا مثيرة في بيئات متنوعة.
العلماء في جامعة بريستول اكتشفوا معادلة رياضية جديدة تشير إلى أن الحركة المنتشرة عبر مادة قابلة للاختراق يمكن نمذجتها بدقة لأول مرة. تأتي المعادلة بعد قرن من معادلة الانتشار الأولى ، التي اشتقها اثنان من أفضل علماء الفيزياء في العالم ، البرت اينشتاين وماريان فون سمولوتشوفسكي. إنه يمثل تقدمًا كبيرًا في تمثيل الحركة للعديد من الكيانات ، بما في ذلك الجسيمات المجهرية والكائنات الحية والأجهزة التي من صنع الإنسان.
المؤلف الرئيسي توبي كاي ، يكمل الدكتوراه. قال في الرياضيات الهندسية: "يمثل هذا خطوة أساسية إلى الأمام منذ دراسات أينشتاين وسمولوتشوفسكي حول الانتشار وإحداث ثورة في نمذجة الكيانات المنتشرة من خلال الوسائط المعقدة من جميع المقاييس ، من المكونات الخلوية والمركبات الجيولوجية إلى الموائل البيئية.
في السابق ، كانت المحاولات الرياضية لتمثيل الحركة عبر البيئات المبعثرة بأشياء تعيق الحركة ، والمعروفة باسم الحواجز المنفذة ، محدودة. من خلال حل هذه المشكلة ، نحن نمهد الطريق لتحقيق تقدم مثير في العديد من القطاعات المختلفة لأن الحواجز القابلة للاختراق يتم مواجهتها بشكل روتيني من قبل الحيوانات والكائنات الخلوية والبشر. "
للعثور على المعادلة الجديدة ، كان على العلماء تمثيل الحركة العشوائية مجهريًا. ثم قاموا بعد ذلك بالتصغير لوصف العملية بالعين المجردة.
وفقًا للعلماء ، من الضروري إجراء مزيد من البحث لتطبيق هذه الأداة الرياضية على التطبيقات التجريبية.
لاحظوا ، "على سبيل المثال ، ستؤدي القدرة على نمذجة انتشار جزيئات الماء بدقة من خلال الأنسجة البيولوجية إلى تعزيز تفسير ترجيح الانتشار التصوير بالرنين المغناطيسي قراءات (التصوير بالرنين المغناطيسي). يمكن أن يقدم أيضًا تمثيلًا أكثر دقة للهواء الذي ينتشر من خلاله تغليف الطعام المواد ، مما يساعد على تحديد مدة الصلاحية ومخاطر التلوث. بالإضافة إلى ذلك ، فإن القياس الكمي لسلوك حيوانات البحث عن الطعام التي تتفاعل مع الحواجز العيانية ، مثل الأسوار والطرق ، يمكن أن يوفر تنبؤات أفضل بشأن عواقب تغير المناخ لأغراض الحفظ ".
المؤلف الرئيسي د. لوكا جيوجيولي ، أستاذ مشارك في العلوم المعقدة في جامعة بريستول ، محمد: "هذه المعادلة الأساسية الجديدة هي مثال آخر على أهمية إنشاء الأدوات والتقنيات لتمثيل الانتشار عندما يكون الفضاء غير متجانس ، أي عندما تتغير البيئة الأساسية من موقع إلى آخر."
"هذا الاكتشاف الأخير هو خطوة مهمة أخرى في تحسين فهمنا للحركة بجميع أشكالها وأشكالها - التي يطلق عليها مجتمعةً رياضيات الحركة - والتي لها العديد من التطبيقات المحتملة المثيرة."
المرجع مجلة:
- توبي كاي ولوكا جوجيولي. الانتشار من خلال واجهات نفاذة: المعادلات الأساسية وتطبيقها على إحصائيات المرور الأول والتوقيت المحلي. بحوث المراجعة البدنية.
