과학자들은 지금까지 생물학적 조직, 고분자, 다양한 미네랄, 스폰지와 같은 다공성 물질을 통한 입자 운동을 분석하기 위해 근사치나 제한된 관점에 의존해야 했습니다. 이제 새로운 연구가 다양한 환경에서 흥미로운 기회를 제시하는 새로운 기술을 제공했습니다.
과학자들은 브리스톨 대학교 투과성 물질을 통한 확산 운동이 처음으로 정확하게 모델링될 수 있음을 나타내는 새로운 수학적 공식을 발견했습니다. 이 방정식은 세계 최고의 물리학자 두 명이 도출한 최초의 확산 방정식이 나온 지 XNUMX년 후에 나온 것입니다. 알버트 아인슈타인 마리안 폰 스몰루초프스키(Marian von Smoluchowski). 이는 미세한 입자, 살아있는 유기체 및 인공 장치를 포함한 다양한 개체의 동작을 표현하는 데 있어 상당한 발전을 나타냅니다.
수석 저자 Toby Kay, 박사 학위 취득 공학 수학에서 그는 이렇게 말했습니다. “이것은 Einstein과 Smoluchowski의 확산에 대한 연구 이후 근본적인 진전을 의미하며 세포 구성 요소 및 지질 화합물에서 환경 서식지에 이르기까지 모든 규모의 복잡한 매체를 통해 확산 개체의 모델링에 혁명을 일으켰습니다.
“이전에는 움직임을 방해하는 물체, 즉 투과성 장벽이 흩어져 있는 환경을 통해 움직임을 표현하려는 수학적 시도가 제한되었습니다. 투과성 장벽은 동물, 세포 유기체 및 인간이 일상적으로 직면하기 때문에 이 문제를 해결함으로써 우리는 다양한 분야에서 흥미로운 발전을 위한 길을 닦고 있습니다.”
새로운 방정식을 찾기 위해 과학자들은 무작위 운동을 현미경으로 표현해야 했습니다. 그런 다음 프로세스를 거시적으로 설명하기 위해 축소됩니다.
과학자들에 따르면, 이 수학적 도구를 실험적 응용에 적용하려면 추가 연구가 필요합니다.
그들은 다음과 같이 지적했습니다. “예를 들어, 생물학적 조직을 통한 물 분자의 확산을 정확하게 모델링할 수 있으면 확산 가중 분석이 발전할 것입니다. MRI (자기공명영상) 판독값. 또한 공기 확산을 보다 정확하게 표현할 수도 있습니다. 식품 포장 저장 수명과 오염 위험을 결정하는 데 도움이 됩니다. 또한 울타리나 도로와 같은 거시적인 장벽과 상호 작용하는 수렵 동물의 행동을 정량화하면 보존 목적을 위한 기후 변화의 결과에 대한 더 나은 예측을 제공할 수 있습니다."
수석 저자인 브리스톨 대학의 복잡성 과학 부교수인 Luca Giuggioli 박사는 말했다: "이 새로운 기본 방정식은 공간이 이질적일 때, 즉 기본 환경이 위치에 따라 변할 때 확산을 나타내는 도구와 기술을 구성하는 것이 중요하다는 또 다른 예입니다."
"이 최신 발견은 집합적으로 움직임의 수학이라고 불리는 모든 모양과 형태의 움직임에 대한 우리의 이해를 향상시키는 데 있어 더욱 중요한 단계입니다. 이는 많은 흥미로운 잠재적 응용 분야를 가지고 있습니다."
저널 참조 :
- 토비 케이와 루카 지우지올리. 투과성 인터페이스를 통한 확산: 기본 방정식과 첫 번째 통로 및 현지 시간 통계에 대한 적용. 물리적 검토 연구.
