Bilim insanları şimdiye kadar biyolojik dokular, polimerler, farklı mineraller ve süngerler gibi gözenekli malzemeler aracılığıyla parçacık hareketini analiz etmek için yaklaşık tahminlere veya sınırlı bakış açılarına güvenmek zorunda kalıyorlardı. Yeni bir çalışma, farklı ortamlarda heyecan verici fırsatlar sunan yeni bir teknik sunuyor.
Bilim adamları University of Bristol geçirgen malzeme boyunca yayılma hareketinin ilk kez tam olarak modellenebileceğini gösteren yeni bir matematiksel formül keşfettiler. Denklem, dünyanın en iyi iki fizikçisi tarafından türetilen ilk difüzyon denkleminden bir yüzyıl sonra geliyor. Albert Einstein ve Marian von Smoluchowski. Mikroskobik parçacıklar, canlı organizmalar ve insan yapımı cihazlar da dahil olmak üzere çeşitli varlıkların hareketini temsil etmede önemli bir ilerlemeyi temsil eder.
Başyazar Toby Kay, doktorasını tamamlıyor. Mühendislik Matematiği bölümünde şunları söyledi: “Bu, Einstein ve Smoluchowski'nin yayılma konusundaki çalışmalarından bu yana ileriye doğru atılmış temel bir adıma işaret ediyor ve hücresel bileşenlerden jeolojik bileşiklere, çevresel yaşam alanlarına kadar her ölçekteki karmaşık ortam aracılığıyla yayılan varlıkların modellenmesinde devrim yaratıyor.
“Daha önce, geçirgen bariyerler olarak bilinen, hareketi engelleyen nesnelerin dağıldığı ortamlardaki hareketi temsil etmeye yönelik matematiksel girişimler sınırlıydı. Bu sorunu çözerek birçok farklı sektörde heyecan verici ilerlemelerin önünü açıyoruz çünkü geçirgen engellerle hayvanlar, hücresel organizmalar ve insanlar rutin olarak karşılaşıyor."
Yeni denklemi bulmak için bilim adamlarının rastgele hareketi mikroskobik olarak temsil etmesi gerekiyordu. Daha sonra süreci makroskobik olarak tanımlamak için uzaklaştırırlar.
Bilim insanlarına göre bu matematiksel aracın deneysel uygulamalara uygulanabilmesi için daha fazla araştırma yapılması gerekiyor.
Şunu belirttiler: "Örneğin, su moleküllerinin biyolojik doku yoluyla difüzyonunu doğru bir şekilde modelleyebilmek, difüzyon ağırlıklı verilerin yorumlanmasını geliştirecektir. MRG (Manyetik Rezonans Görüntüleme) okumaları. Ayrıca havanın yayılmasının daha doğru bir temsilini de sunabilir. yemek paketleme raf ömrünün ve kontaminasyon riskinin belirlenmesine yardımcı olur. Ek olarak, çitler ve yollar gibi makroskobik engellerle etkileşime giren yiyecek arayan hayvanların davranışlarının ölçülmesi, iklim değişikliğinin koruma amacıyla sonuçları hakkında daha iyi tahminler sağlayabilir."
Kıdemli yazar Dr. Luca Giuggioli, Bristol Üniversitesi Karmaşıklık Bilimleri alanında Doçent, şuraya: "Bu yeni temel denklem, alan heterojen olduğunda, yani altta yatan ortam konumdan konuma değiştiğinde, yayılmayı temsil edecek araç ve tekniklerin oluşturulmasının öneminin bir başka örneğidir."
"Bu son keşif, birçok heyecan verici potansiyel uygulamaya sahip olan, toplu olarak hareketin matematiği olarak adlandırılan, tüm şekil ve formlardaki hareket anlayışımızı geliştirmede önemli bir adımdır."
Dergi Referans:
- Toby Kay ve Luca Giuggioli. Geçirgen arayüzeyler yoluyla yayılma: Temel denklemler ve bunların ilk geçiş ve yerel zaman istatistiklerine uygulanması. Fiziksel İnceleme Araştırması.
