Nesprávna hyperuniformita - stav hmoty nájdený v kuracie oko

2024 Autor: Sherilyn Boyd | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 09:38

Napriek tomu, čo ste sa naučili v gymnáziách, existujú spôsob viac ako štyri stavy hmoty. Jedna možná nová, neusporiadaná hyperuniformita sa nedávno našla na najtradičnejšom mieste - oči kurčiat.

Klasické záležitosti

Ak chcete lepšie porozumieť exotickému stavu hmoty, ako je neusporiadaná hyperuniformita, môže byť užitočné preskúmať charakteristiky klasických stavov hmoty: tuhé látky, kvapaliny, plyny a plazmy.

Typicky je každý definovaný podľa hustoty a štruktúry jeho častíc:

pevných látok

Materiál v tomto stave si zachová svoj tvar bez ohľadu na jeho kontajner a jeho zložky sú tesne spojené. Existujú dva hlavné typy pevných látok:

Amorfné pevné látky majú neusporiadané štruktúry ako kvapaliny, ale sú pevné a držia svoje tvary ako iné pevné látky. Amorfné tuhé látky majú len "obmedzený, lokalizovaný poriadok v blízkosti ich konštrukčných jednotiek", ale žiadna objednávka na diaľku. Príklady zahŕňajú sklo, plast, majonézu a bahno.

Kryštalické pevné látky majú dobre usporiadané, tuhé štruktúry, držia svoje tvary "na dlhých atómových vzdialenostiach", a preto sa hovorí, že majú objednávku na dlhú vzdialenosť. Príklady zahŕňajú ľad, soľ a uhlík.

kvapaliny

Vzhľadom na to, že častice sú tesne navzájom zhromaždené, ale bez usporiadanej štruktúry, na rozdiel od amorfných tuhých látok kvapaliny budú voľne prúdiť a nebudú vlastniť tvar. Tento stav má konštantný objem a bude zodpovedať tvaru jeho kontajnerov. Príklady zahŕňajú vodu, mlieko a šťavu.

Jeden zaujímavý variant, ktorý existuje v "prechodnom stave.,, medzi kryštalickým pevným a kvapalným stavom "sú kvapalné kryštály. Tento typ látky má objednávku na dlhú vzdialenosť, ale tiež tečie ako kvapalina. Príklady zahŕňajú niektoré roztoky mydla, povrchovo aktívne látky a ester cholesterolu.

plyny

Materiál v tomto stave nemá štruktúrované usporiadanie a ako kvapalina bude mať tvar kontajnera, ale na rozdiel od tekutiny sa taktiež rozšíri, aby sa naplnil. Častice v plyne sú voľne zabalené a tak môže byť stlačený plyn. Medzi príklady plynov patrí vzduch a kyslík.

plazma

Rovnako ako plyn plazma nemá ani stanovenú štruktúru, ani určitý objem; na rozdiel od plynu sú molekuly plazmy elektricky nabité. Preto môžu plazmy produkovať magnetické elektrické prúdy a magnetické polia, ako aj vedenie elektriny. Medzi príklady plazmy patrí blesk a ionosféra Zeme.

Exotické štáty vecí

Materiál, ktorý existuje v týchto stavoch, nie je za normálnych podmienok pozorovateľný. Príklady exotických stavov zahŕňajú Bose-Einsteinove kondenzáty, degenerovanú hmotu, superfluidy a niektoré tvrdia, že nepravidelná hyperuniformita.

Nesprávna hyperuniformita

Tento stav je charakterizovaný svojim "skrytým poradím", ktorý:

Chová sa ako krištáľové a kvapalné stavy hmoty, vystavuje poriadok na veľkých vzdialenostiach a poruchách na malých vzdialenostiach. Podobne ako kryštály tieto stavy výrazne potláčajú zmeny v hustote častíc.,, cez veľké priestorové vzdialenosti, takže je usporiadanie veľmi jednotné. V rovnakom čase.,, Tieto systémy sú podobné kvapalinám, pretože majú rovnaké fyzikálne vlastnosti vo všetkých smeroch.

Príklady tohto stavu boli nájdené v "tekutom héliu, jednoduchých plazmách a husto zabalených granulách", ako aj v sietniciach kurčiat.

Kuracie oči

Aby sa optimalizoval pohľad, bunky, ktoré vnímajú svetlo, by mali byť usporiadané do poľa, ktoré umožňuje rôznym bunkám "rovnomerne odoberať prichádzajúce svetlo a vytvárať presné zobrazenie vizuálnej scény." Najlepšie usporiadanie, ktoré sa nachádza v živočíšnej ríši, je šesťhranné rad zlúčenín očí hmyzu. Oči kurčiat však nemôžu usporiadať takýto usporiadaný systém.

Pozoruhodne zložité, na rozdiel od ľudských očí, ktoré majú iba tri typy kužeľov v sietnici, denní vtáci majú päť:

Štyri samostatné kužele, ktoré podporujú tetrachromatické farebné videnie [vidiac viac vlnových dĺžok a možno dokonca aj farby ako ľudia] a dvojitý kužeľ, o ktorom sa predpokladá, že sprostredkováva achromatické [bez farby] vnímanie pohybu.

Kvôli ich rozličným rozmerom a zloženiu nemôžu mať päť kužeľov v očiach kurčiat (jedno zelené, modré, červené a fialové, rovnako ako kužeľ, ktorý deteguje "jas") v optimálnom usporiadaní alebo poli. Namiesto toho sa ich distribúcia javí ako nepravidelná, hoci nie náhodná:

Jednotlivé kužeľové vzory v sietnici vtákov sú usporiadané tak, že kužele jedného typu sa takmer nikdy nevyskytujú v blízkom okolí iných kužeľov rovnakého typu. Týmto spôsobom vták dosahuje oveľa jednotnejšie usporiadanie každého z typov kužeľa, než by existovalo v náhodnom (Poissonovom) vzorec bodov.

Namiesto tohto zámeru sa vedci nedávno zaútočili na problém pomocou "rôznych citlivých mikroštrukturálnych deskriptorov, ktoré vznikajú v štatistickej mechaniky a teórii balenia častíc" (alebo ako to nazývam - matematika a veda) a zistili:

Pozoruhodný typ korelovanej poruchy na veľkých dĺžkach, známych ako hyperuniformita.,, kde fotoreceptorové vzory celkovej populácie [všetkých typov kužeľa] a jednotlivých typov buniek [fialová, červená, modrá, zelená a jasová] sú súčasne hyperuniformné, čo nazývame multihyperuniformita.,,,

Znamená to, že všetky päť typov kužeľov má spolu hyperuniformné usporiadanie, a usporiadanie každého kužeľovitého typu, ak sa posudzuje samostatne, je tiež hyperuniformné. Výskumníci sa preto domnievali, že jednotliví členovia každého typu kužeľa musia byť "jemne prepojení vylučujúcimi regiónmi, ktoré používajú na samoorganizáciu do vzorov".

Autori štúdie dospeli k záveru, že vzhľadom na rozdiely v kužeľoch tento model robí to najlepšie zo zlej situácie:

Vzhľadom k tomu, že kužele sú rozdielne veľkosti, nie je jednoduché, aby sa systém dostal do krištáľového alebo objednaného stavu. Systém je frustrovaný z hľadania toho, čo by mohlo byť optimálnym riešením.,, typické usporiadané usporiadanie. Zatiaľ čo vzor musí byť neusporiadaný, musí byť čo najjednotnejší. Takto neusporiadaná hyperuniformita je vynikajúcim riešením.