اضطراب Hyperuniformity - دولة المسألة وجدت في عين دجاجة

2024 مؤلف: Sherilyn Boyd | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 09:38

على الرغم من ما تعلمته في المدرسة النحوية ، هناك طريق أكثر من أربع حالات من المادة. تم العثور على واحد جديد ممكن واحد ، hyperuniformity المضطرب ، في الآونة الأخيرة في أغرب مكان - عيون الدجاج.

الدول الكلاسيكية للمادة

من أجل فهم أفضل لحالة غريبة من المادة مثل فرط التماثل غير المنتظم ، قد يكون من المفيد مراجعة خصائص الحالات الكلاسيكية للمادة: المواد الصلبة والسوائل والغازات والبلازما.

عادة ، يتم تعريف كل وفقا لكثافة وهيكل جسيماته المكونة:

المواد الصلبة

ستحافظ المادة في هذه الحالة على شكلها بغض النظر عن الحاوية الخاصة بها ، وتكتظ جسيماتها المكونة بإحكام معا. هناك نوعان رئيسيان من المواد الصلبة:

المواد الصلبة غير المتبلورة لديها هياكل مضطربة مثل السوائل ، ولكنها ثابتة وتمسك بأشكالها مثل المواد الصلبة الأخرى. لا تمتلك المواد الصلبة غير المتبلورة إلا "نظامًا محليًا محدودًا قريبًا من وحداتها الهيكلية" ، ولكن ليس هناك طلب بعيد المدى. وتشمل أمثلة ذلك ، الزجاج والبلاستيك والمايونيز والطين.

تحتوي المواد الصلبة البلّورية على هياكل صلبة مرتبة وجيدة ، وتمسك بأشكالها "على مسافات ذرية طويلة" ، وبالتالي ، يقال إنها لها ترتيب بعيد المدى. وتشمل الأمثلة الجليد والملح والكربون.

السوائل

بعد تجميع الجسيمات بشكل وثيق ولكن بدون بنية مرتبة ، على عكس المواد الصلبة غير المتبلورة ، تتدفق السوائل بحرية ولا تحمل شكلًا (من تلقاء نفسها). هذه الحالة من المادة لها حجم ثابت وسوف تتوافق مع شكل حاوياتها. وتشمل الأمثلة الماء والحليب والعصير.

متغير واحد مثير موجود في "حالة وسيطة… بين الحالة الصلبة المتبلورة والحالة السائلة "هي بلورات سائلة. هذا النوع من المادة له ترتيب بعيد المدى ، ولكنه يتدفق أيضًا مثل السائل. وتشمل الأمثلة بعض حلول الصابون ، وخافضات التوتر السطحي وإستر الكولسترول.

الغازات

المسألة في هذه الحالة ليس لها ترتيب منظم وكسوائل ، ستأخذ شكل الحاوية الخاصة بها ، ولكن بخلاف السائل ، ستتوسع أيضًا لملئها. تكون الجسيمات الموجودة في الغاز معبأة بشكل فضفاض ، وبالتالي يمكن ضغط الغاز. وتشمل أمثلة الغازات الهواء والأكسجين.

بلازما

مثل الغاز ، والبلازما ليس لديها بنية محددة ولا حجم محدد. ومع ذلك ، على عكس الغاز ، تكون جزيئات البلازما مشحونة كهربائيًا. لذلك ، يمكن للبلازما أن تنتج تيارات كهربائية مغناطيسية ومجالات مغنطيسية ، بالإضافة إلى توصيل الكهرباء. تشمل أمثلة البلازما البرق والأيونوسفير في الأرض.

الدول الغريبة من المواد

المسألة الموجودة في هذه الحالات غير قابلة للرقابة في ظل الظروف العادية. وتشمل الأمثلة على الحالات الغريبة متكثفات بوز-آينشتاين ، والمادة المنحلّة ، والفيضانات الزائدة ، وبعضها يدعي ، فرط التماثل الشديد.

اختلال مفرط التماثل

تتميز هذه الحالة "بطلبها المخفي" الذي:

تتصرف مثل الحالات البلورية والسائلة للمادة ، عرض النظام على مسافات كبيرة واضطراب على مسافات صغيرة. مثل هذه البلورات ، فإن هذه الحالات تقلل إلى حد كبير الاختلافات في كثافة الجسيمات… عبر مسافات مكانية كبيرة بحيث يكون الترتيب متجانسًا للغاية. في نفس الوقت… [هذه] النظم تشبه السوائل في أن لديهم نفس الخصائص الفيزيائية في جميع الاتجاهات.

تم العثور على أمثلة من هذه الحالة في "الهليوم السائل ، والبلازما البسيطة والحبيبات المكتظة بكثافة" وكذلك شبكية عين الدجاج.

عيون الدجاج

من أجل تحسين البصر ، ينبغي ترتيب الخلايا التي ترى الضوء في صفيف يسمح للخلايا المختلفة "بالتجربة بالتساوي على ضوء وارد لإنتاج تمثيل دقيق للمشهد المرئي". أفضل ترتيب موجود في المملكة الحيوانية هو سداسية مجموعة من العيون المركبة للحشرات. غير أن عينا الدجاج لا يمكن أن تستوعب هذا النظام المرتب.

معقدة بشكل ملحوظ ، على عكس العين البشرية التي لديها ثلاثة أنواع فقط من الأقماع في شبكية العين ، الطيور النهارية لديها خمسة:

أربعة مخاريط فردية ، تدعم رؤية لرباعي رباعي اللون [رؤية المزيد من الأطوال الموجية وربما حتى الألوان من البشر] ومخروط مزدوج ، والذي يعتقد أنه يتوسط الإدراك الحسي للون [لا لون].

وبسبب أحجامها وتكوينها المختلف ، لا يمكن أن تتواجد المخاريط الخمسة في عيون الدجاج (واحدة لكل منها للأخضر والأزرق والأحمر والبنفسجي ، وكذلك المخروط الذي يكتشف "النصوع") في ترتيب أو مجموعة مرتبة مثالية. بدلا من ذلك ، يبدو توزيعها غير منتظم ، على الرغم من أنه ليس عشوائيًا:

يتم ترتيب الأنماط المخروطية الفردية في شبكية عين الطائر بحيث لا توجد أبداً مخاريط من نوع واحد في المناطق القريبة من المخاريط الأخرى من نفس النوع. وبهذه الطريقة ، يحقق الطائر ترتيبًا أكثر تناسقًا بكثير لكل نوع من أنواع المخروط من وجوده في نمط عشوائي (بواسون) للنقاط.

عند اكتشاف هذه الحالة المحيرة ، هاجم العلماء هذه المشكلة مؤخرًا باستخدام "مجموعة متنوعة من الواصفات الدقيقة الدقيقة التي تنشأ في الميكانيكا الإحصائية ونظرية التعبئة الجسيمية" (أو كما أسميها - الرياضيات والعلوم) واكتشفوا:

نوع لافت من الاضطراب المترابط على نطاق واسع يعرف باسم فرط التماثل… [حيث] أنماط مستقبلات ضوئية [cones] لكل من إجمالي عدد السكان [جميع أنواع المخروط] وأنواع الخلايا الفردية [البنفسجي والأحمر والأزرق والأخضر والإنارة] هي مفرطة الفك في وقت واحد ، والتي نطلق عليها مصطلح multihyperuniformity….

هذا يعني أن جميع أنواع المخاريط الخمسة ، مجتمعة ، لديها ترتيب مفرط في الشكل ، و ترتيب كل نوع مخروطي ، عند النظر فيه بشكل منفصل ، هو أيضًا مفرط الشكل. ولذلك فكر الباحثون في أن الأعضاء الفرديين في كل نوع مخروطي "يجب أن يكونوا" مرتبطين ببراعة من قبل مناطق الاستبعاد ، التي يستخدمونها لتنظيم أنفسهم في أنماط."

استنتج مؤلفو الدراسة أنه ، بالنظر إلى التباين في المخاريط ، فإن هذا النمط يحقق أفضل حالة سيئة:

لأن المخاريط ذات أحجام مختلفة ، ليس من السهل على النظام أن يدخل في حالة بلورية أو مرتبة. النظام محبط من العثور على ما قد يكون الحل الأمثل… الترتيب المعتاد المرتب. في حين يجب أن يكون النمط غير مرتب ، يجب أن يكون موحدًا قدر الإمكان. وبالتالي ، فإن فرط التماثل غير المنتظم هو حل ممتاز.