Tiedemiehet ovat tähän asti joutuneet luottamaan likiarvoihin tai rajoitettuihin näkökulmiin analysoidakseen hiukkasten liikettä huokoisten materiaalien, kuten biologisten kudosten, polymeerien, erilaisten mineraalien ja sienien, läpi. Uusi tutkimus on nyt tarjonnut uudenlaisen tekniikan, joka tarjoaa jännittäviä mahdollisuuksia erilaisissa ympäristöissä.
Tutkijat University of Bristol ovat löytäneet uuden matemaattisen kaavan, joka osoittaa, että diffuusioliike läpäisevän materiaalin läpi voidaan mallintaa tarkasti ensimmäistä kertaa. Yhtälö tulee vuosisata ensimmäisen diffuusioyhtälön jälkeen, jonka on johdattanut kaksi maailman johtavaa fyysikkoa, Albert Einstein ja Marian von Smoluchowski. Se edustaa merkittävää edistystä liikkeen esittämisessä eri entiteeteille, mukaan lukien mikroskooppiset hiukkaset, elävät organismit ja ihmisen tekemät laitteet.
Pääkirjailija Toby Kay, valmistelee tohtorintutkintoa. tekniikan matematiikassa sanoi: "Tämä on perustavanlaatuinen edistysaskel Einsteinin ja Smoluchowskin diffuusiotutkimusten jälkeen ja mullistaa hajaantuvien kokonaisuuksien mallintamisen kaiken mittakaavan monimutkaisten välineiden kautta solukomponenteista ja geologisista yhdisteistä ympäristön elinympäristöihin.
"Aiemmin matemaattiset yritykset edustaa liikettä ympäristöissä, joissa on hajallaan liikettä estäviä esineitä eli läpäiseviä esteitä, ovat olleet rajallisia. Ratkaisemalla tämän ongelman tasoittelemme tietä jännittäville edistysaskeleille monilla eri aloilla, koska eläimet, solueliöt ja ihmiset kohtaavat rutiininomaisesti läpäiseviä esteitä."
Uuden yhtälön löytämiseksi tutkijoiden oli esitettävä satunnainen liike mikroskooppisesti. Myöhemmin ne loitonnetaan kuvaamaan prosessia makroskooppisesti.
Tiedemiesten mukaan lisätutkimusta tarvitaan tämän matemaattisen työkalun soveltamiseksi kokeellisiin sovelluksiin.
He panivat merkille, ”Esimerkiksi vesimolekyylien diffuusion tarkka mallintaminen biologisen kudoksen läpi edistää diffuusiopainotetun tulkinnan. MK (Magnetic Resonance Imaging) -lukemat. Se voisi myös tarjota tarkemman kuvan ilman leviämisestä elintarvikepakkaukset materiaaleja, jotka auttavat määrittämään säilyvyyden ja kontaminaatioriskin. Lisäksi makroskooppisten esteiden, kuten aitojen ja teiden, kanssa vuorovaikutuksessa olevien ravintoa etsivien eläinten käyttäytymisen kvantifiointi voisi tarjota parempia ennusteita ilmastonmuutoksen seurauksista suojelutarkoituksiin.
Vanhempi kirjailija Dr. Luca Giuggioli, Bristolin yliopiston monimutkaisuustieteiden apulaisprofessori, sanoi: "Tämä uusi perusyhtälö on toinen esimerkki työkalujen ja tekniikoiden rakentamisen tärkeydestä diffuusiota kuvaamaan, kun avaruus on heterogeeninen, eli kun taustalla oleva ympäristö muuttuu paikasta toiseen."
"Tämä uusin löytö on uusi merkittävä askel parantaaksemme ymmärrystämme liikkeestä sen kaikissa muodoissa ja muodoissa – yhteisnimellä liikkeen matematiikka - jolla on monia jännittäviä potentiaalisia sovelluksia."
Lehden viite:
- Toby Kay ja Luca Giuggioli. Diffuusio läpäisevien rajapintojen kautta: Perusyhtälöt ja niiden soveltaminen ensimmäisen kulun ja paikallisen ajan tilastoihin. Fyysisen tarkastelun tutkimus.
