Znanstveniki so se do zdaj morali zanašati na približke ali omejena stališča, da bi analizirali gibanje delcev skozi porozne materiale, kot so biološka tkiva, polimeri, različni minerali in gobe. Nova študija je zdaj ponudila novo tehniko, ki predstavlja vznemirljive priložnosti v različnih okoljih.
Znanstveniki na Univerza v Bristolu so odkrili novo matematično formulo, ki kaže, da je mogoče difuzijsko gibanje skozi prepusten material prvič natančno modelirati. Enačba je nastala stoletje po prvi difuzijski enačbi, ki sta jo izpeljala dva najboljša fizika na svetu, Albert Einstein in Marian von Smoluchowski. Predstavlja pomemben napredek pri predstavljanju gibanja različnih entitet, vključno z mikroskopskimi delci, živimi organizmi in napravami, ki jih je ustvaril človek.
Glavni avtor Toby Kay, ki zaključuje doktorat. inženir inženirske matematike, je dejal: »To pomeni temeljni korak naprej od študij Einsteina in Smoluchowskega o difuziji in revolucionira modeliranje difuzijskih entitet skozi kompleksne medije vseh razsežnosti, od celičnih komponent in geoloških spojin do okoljskih habitatov.
»Prej so bili matematični poskusi predstavitve gibanja skozi okolja, raztresena s predmeti, ki ovirajo gibanje, znani kot prepustne ovire, omejeni. Z reševanjem tega problema utiramo pot vznemirljivemu napredku v številnih različnih sektorjih, saj živali, celični organizmi in ljudje redno naletijo na prepustne ovire.«
Da bi našli novo enačbo, so morali znanstveniki mikroskopsko predstaviti naključno gibanje. Nato se pomanjšajo, da makroskopsko opišejo proces.
Po mnenju znanstvenikov so potrebne nadaljnje raziskave za uporabo tega matematičnega orodja v eksperimentalnih aplikacijah.
Opozorili so, »Na primer, zmožnost natančnega modeliranja difuzije vodnih molekul skozi biološko tkivo bo pospešila razlago difuzijsko uteženega MRI (slikanje z magnetno resonanco). Prav tako bi lahko ponudil natančnejšo predstavitev širjenja zraka embalaža za živila materialov, kar pomaga določiti rok uporabnosti in tveganje kontaminacije. Poleg tega bi lahko kvantificiranje vedenja živali, ki iščejo hrano, ki sodelujejo z makroskopskimi ovirami, kot so ograje in ceste, zagotovilo boljše napovedi o posledicah podnebnih sprememb za namene ohranjanja.
Starejši avtor dr. Luca Giuggioli, izredni profesor za kompleksne vede na Univerzi v Bristolu, je dejal: "Ta nova temeljna enačba je še en primer pomembnosti konstruiranja orodij in tehnik za predstavitev difuzije, ko je prostor heterogen, to je, ko se osnovno okolje spreminja od lokacije do lokacije."
"To najnovejše odkritje je nadaljnji pomemben korak pri izboljšanju našega razumevanja gibanja v vseh njegovih oblikah in oblikah - skupaj imenovanih matematika gibanja - ki ima veliko vznemirljivih potencialnih aplikacij."
Referenca dnevnika:
- Toby Kay in Luca Giuggioli. Difuzija skozi prepustne vmesnike: Osnovne enačbe in njihova uporaba v statistiki prvega prehoda in lokalnem času. Raziskave fizičnega pregleda.
