A tudósoknak egészen mostanáig közelítésekre vagy korlátozott nézőpontokra kellett hagyatkozniuk a részecskék porózus anyagokon, például biológiai szöveteken, polimereken, különböző ásványokon és szivacsokon keresztül történő mozgásának elemzéséhez. Egy új tanulmány most egy újszerű technikát kínált, amely izgalmas lehetőségeket kínál különféle körülmények között.
A tudósok a Bristoli Egyetem felfedeztek egy új matematikai képletet, amely azt jelzi, hogy az áteresztő anyagon keresztül történő diffúziós mozgás először modellezhető pontosan. Az egyenlet egy évszázaddal az első diffúziós egyenlet után született, amelyet a világ két legjobb fizikusa állított le, Albert Einstein és Marian von Smoluchowski. Jelentős előrelépést jelent a különböző entitások mozgásának megjelenítésében, beleértve a mikroszkopikus részecskéket, az élő szervezeteket és az ember alkotta eszközöket.
Vezető szerző Toby Kay, Ph.D. a mérnöki matematikában azt mondta: „Ez alapvető előrelépést jelent Einstein és Smoluchowski diffúzióval kapcsolatos tanulmányai óta, és forradalmasítja a diffundáló entitások modellezését minden léptékű összetett közeg révén, a sejtkomponensektől és a geológiai vegyületektől a környezeti élőhelyekig.
„Korábban korlátozottak voltak a matematikai kísérletek arra, hogy a mozgást a mozgást akadályozó tárgyakkal, úgynevezett áteresztő korlátokkal szétszórt környezetben ábrázolják. A probléma megoldásával izgalmas előrelépések előtt nyitjuk meg az utat számos különböző ágazatban, mivel az állatok, a sejtes szervezetek és az emberek rendszeresen találkoznak áteresztő korlátokkal.”
Az új egyenlet megtalálásához a tudósoknak a véletlenszerű mozgást mikroszkopikusan kellett ábrázolniuk. Ezt követően kicsinyítik, hogy makroszkopikusan leírják a folyamatot.
A tudósok szerint további kutatásokra van szükség ennek a matematikai eszköznek a kísérleti alkalmazásokban való alkalmazásához.
Megjegyezték, „Például a vízmolekulák biológiai szöveten keresztüli diffúziójának pontos modellezése elősegíti a diffúziós súlyozás értelmezését. MRI (mágneses rezonancia képalkotás) leolvasások. A levegő átterjedésének pontosabb ábrázolását is kínálhatja élelmiszer csomagolás anyagok, segít meghatározni az eltarthatósági időt és a szennyeződés kockázatát. Ezenkívül a makroszkopikus akadályokkal, például kerítésekkel és utakkal kölcsönhatásba lépő táplálékkereső állatok viselkedésének számszerűsítése jobb előrejelzést adhat az éghajlatváltozás természetvédelmi célú következményeiről.”
Dr. Luca Giuggioli vezető szerző, a Bristoli Egyetem komplexitástudományi docense, mondott: „Ez az új alapegyenlet egy újabb példa arra, hogy milyen fontos eszközöket és technikákat építeni a diffúzió reprezentálására, ha a tér heterogén, vagyis amikor a mögöttes környezet helyről helyszínre változik.”
„Ez a legújabb felfedezés egy további jelentős lépés a mozgás minden alakjának és formájának – összefoglaló néven a mozgás matematikájának – jobb megértésében, amely számos izgalmas alkalmazási lehetőséget rejt magában.”
Journal Reference:
- Toby Kay és Luca Giuggioli. Diffúzió áteresztő felületeken: Alapvető egyenletek és alkalmazása az első áthaladás és a helyi idő statisztikáira. Fizikai áttekintés kutatás.
