Teadlased on seni pidanud toetuma ligikaudsetele või piiratud seisukohtadele, et analüüsida osakeste liikumist läbi poorsete materjalide, nagu bioloogilised kuded, polümeerid, erinevad mineraalid ja käsnad. Uus uuring on nüüd pakkunud uudset tehnikat, mis pakub põnevaid võimalusi erinevates olukordades.
Teadlased University of Bristol on avastanud uudse matemaatilise valemi, mis näitab, et difusioonilist liikumist läbi läbilaskva materjali saab esimest korda täpselt modelleerida. Võrrand tuleb sajand pärast esimest difusioonivõrrandit, mille on tuletanud kaks maailma tippfüüsikut, Albert Einstein ja Marian von Smoluchowski. See kujutab endast olulist edasiminekut erinevate üksuste, sealhulgas mikroskoopiliste osakeste, elusorganismide ja tehisseadmete liikumise kujutamisel.
Juhtautor Toby Kay, lõpetades doktorikraadi. insenerimatemaatikas ütles: "See tähistab põhjapanevat sammu edasi pärast Einsteini ja Smoluchowski difusiooniuuringuid ja muudab hajuvate üksuste modelleerimise läbi igas mastaabis keeruka keskkonna, alates rakukomponentidest ja geoloogilistest ühenditest kuni keskkonnaelupaikadeni.
„Varem on matemaatilised katsed kujutada liikumist läbi keskkondades, mis on hajutatud liikumist takistavate objektide ehk läbilaskvate barjääritena, olnud piiratud. Selle probleemi lahendamisega sillutame teed põnevatele edusammudele paljudes erinevates sektorites, sest loomad, rakulised organismid ja inimesed puutuvad rutiinselt kokku läbilaskvate barjääridega.
Uue võrrandi leidmiseks pidid teadlased esitama juhuslikku liikumist mikroskoopiliselt. Seejärel suumitakse need välja, et kirjeldada protsessi makroskoopiliselt.
Teadlaste sõnul on selle matemaatilise tööriista eksperimentaalsetes rakendustes rakendamiseks vaja täiendavaid uuringuid.
Nad märkisid, "Näiteks veemolekulide difusiooni täpne modelleerimine läbi bioloogilise koe edendab difusiooniga kaalutud analüüsi tõlgendamist. MRI (magnetresonantstomograafia) näidud. See võib pakkuda ka täpsemat ülevaadet õhu levimisest toidu pakendamine materjalid, mis aitavad määrata säilivusaega ja saastumise riski. Lisaks võib makroskoopiliste tõketega (nt tarad ja teed) suhtlevate toiduotsivate loomade käitumise kvantifitseerimine anda paremaid prognoose kliimamuutuste tagajärgede kohta kaitse eesmärgil.
Vanemautor dr Luca Giuggioli, Bristoli ülikooli kompleksteaduste dotsent, ütles: "See uus põhivõrrand on veel üks näide tööriistade ja tehnikate loomise tähtsusest difusiooni esindamiseks, kui ruum on heterogeenne, st kui aluseks olev keskkond muutub asukohast teise."
"See viimane avastus on järjekordne oluline samm meie arusaamise parandamisel liikumisest selle kõigis kujudes ja vormides – mida ühiselt nimetatakse liikumise matemaatikaks – millel on palju põnevaid potentsiaalseid rakendusi."
Ajakirja viide:
- Toby Kay ja Luca Giuggioli. Difusioon läbilaskvate liideste kaudu: põhivõrrandid ja nende rakendamine esimese läbimise ja kohaliku aja statistikas. Füüsilise ülevaate uurimine.
