دانشمندان تاکنون مجبور بوده اند برای تجزیه و تحلیل حرکت ذرات از طریق مواد متخلخل مانند بافت های بیولوژیکی، پلیمرها، مواد معدنی مختلف و اسفنج ها، به تقریب ها یا دیدگاه های محدودی تکیه کنند. یک مطالعه جدید اکنون یک تکنیک جدید ارائه کرده است که فرصت های هیجان انگیز را در محیط های مختلف ارائه می دهد.
دانشمندان در دانشگاه بریستول یک فرمول ریاضی جدید کشف کرده اند که نشان می دهد حرکت انتشاری از طریق مواد نفوذپذیر را می توان دقیقا برای اولین بار مدل کرد. این معادله یک قرن پس از اولین معادله انتشار که توسط دو تن از فیزیکدانان برتر جهان به دست آمد، آمده است. آلبرت انیشتین و ماریان فون اسمولوچوفسکی. این نشان دهنده یک پیشرفت قابل توجه در نمایش حرکت برای موجودات مختلف، از جمله ذرات میکروسکوپی، موجودات زنده، و دستگاه های ساخته شده توسط انسان است.
نویسنده اصلی توبی کی، تکمیل دکترا. در ریاضیات مهندسی گفت: این یک گام اساسی به جلو از زمان مطالعات انیشتین و اسمولوچوفسکی در مورد انتشار است و مدل‌سازی موجودات پراکنده را از طریق رسانه‌های پیچیده در همه مقیاس‌ها، از اجزای سلولی و ترکیبات زمین‌شناسی گرفته تا زیستگاه‌های محیطی، متحول کرده است.
«پیش از این، تلاش‌های ریاضی برای نمایش حرکت در محیط‌های پراکنده با اجسامی که مانع حرکت می‌شوند، که به عنوان موانع نفوذپذیر شناخته می‌شوند، محدود بوده است. با حل این مشکل، ما راه را برای پیشرفت‌های هیجان‌انگیز در بسیاری از بخش‌های مختلف هموار می‌کنیم، زیرا حیوانات، موجودات سلولی و انسان‌ها معمولاً با موانع نفوذپذیر مواجه می‌شوند.»
برای یافتن معادله جدید، دانشمندان باید حرکت تصادفی را به صورت میکروسکوپی نشان می دادند. سپس آنها را بزرگنمایی می کنند تا فرآیند را به صورت ماکروسکوپی توصیف کنند.
به گفته دانشمندان، تحقیقات بیشتری برای استفاده از این ابزار ریاضی در کاربردهای تجربی ضروری است.
آنها خاطرنشان کردند، به عنوان مثال، توانایی مدل‌سازی دقیق انتشار مولکول‌های آب از طریق بافت بیولوژیکی، تفسیر وزن انتشار را پیش می‌برد. MRI قرائت (تصویربرداری تشدید مغناطیسی). همچنین می تواند نمایش دقیق تری از پخش شدن هوا ارائه دهد بسته بندی غذا مواد، به تعیین عمر مفید و خطر آلودگی کمک می کند. علاوه بر این، کمی کردن رفتار حیوانات جستجوگر در تعامل با موانع ماکروسکوپی، مانند حصارها و جاده‌ها، می‌تواند پیش‌بینی‌های بهتری در مورد پیامدهای تغییرات آب و هوایی برای اهداف حفاظتی ارائه دهد.
نویسنده ارشد دکتر لوکا جوجیولی، دانشیار علوم پیچیدگی در دانشگاه بریستول، گفت:: این معادله بنیادی جدید نمونه دیگری از اهمیت ساخت ابزارها و تکنیک هایی برای نمایش انتشار در زمانی است که فضا ناهمگن است، یعنی زمانی که محیط زیربنایی از مکانی به مکان دیگر تغییر می کند.
"این کشف اخیر گام مهم دیگری در بهبود درک ما از حرکت در تمام اشکال و اشکال آن است - که در مجموع ریاضیات حرکت نامیده می شود - که کاربردهای بالقوه هیجان انگیز زیادی دارد."
مرجع مجله:
- توبی کی و لوکا جوجیولی. انتشار از طریق رابط های نفوذپذیر: معادلات بنیادی و کاربرد آنها در آمار گذر اول و زمان محلی تحقیق مروری فیزیکی.
