Aktív és passzív anyagok

“Newton második mozgástörvénye kimondja, hogy amint egy tárgyra kifejtett erő növekszik, a gyorsulása is növekszik, és a tárgy tömegének növekedésével csökken a gyorsulása. Ez a passzív, élettelen anyagra is vonatkozik, az atomoktól a bolygókig."

"A világ anyagának nagy része ugyanakkor aktív anyag, és saját, önirányított erővel mozog”

- mondta Nyikolaj Brilliantov, az orosz Skolkovo Tudományos és Technológiai Intézet és az angliai Leicesteri Egyetem matematikusa. Az élőlények változatos sokasága aktívan kölcsönhatásba léphet a rájuk ható erőkkel, de akad példa élettelen aktív anyagokra is. A "Janus-részecskéknek" nevezett nanorészecskék két különböző kémiai tulajdonságú anyag összetételéből állnak. Az anyaguk két fele közötti interakciók önjáró mozgást hoznak létre. Az aktív anyag kutatása során Brilliantov és munkatársai számítógéppel szimulálták az önjáró, saját tulajdonságaik okán mozgásban lévő részecskéket. 

Öntudatlan önmozgás

“Ezek a részecskék nem tudatosan lépnek kölcsönhatásba a környezettel” - mondta Brilliantov. Inkább az egyszerű baktériumokhoz hasonlítanak, vagy olyan nanorészecskékhez, melyek belső energiaforrásokkal rendelkeznek, de információfeldolgozó képességek nélkül.

“Az első nagy meglepetés az volt, hogy ez az aktív anyag egészen másként viselkedik, mint a passzív anyag. A passzív anyagnak különböző állapotai létezhetnek egymás mellett. Például egy pohár folyékony víz fokozatosan párologhat gáz halmazállapotú állapotba, miközben továbbra is marad utána folyékony víz. Aktív anyag ezzel szemben nem létezhet együtt, különböző fázisokban. Vagy szilárd, vagy folyékony vagy gáznemű” - mondta Brilliantov.

A részecskék nagy konglomerátumokká vagy kvázirészecskékké is csoportosultak egybe, melyek körkörös formában örvénylettek egy központi űr, egy üres térség körül, mintha csak egy szardíniaraj örvénylett volna a tengerben. A kutatók ezeket a részecske-konglomerátumokat nevezték el swirlonoknak, azaz körülbelüli fordításban örvényeknek, és az általuk létrehozott új anyagállapotot "örvényes állapotnak". Az örvénylés önálló állapotként történő felfedezése azonban csak a kezdet volt.

Ebben az állapotban a részecskék furcsa viselkedést mutattak, például megsértették Newton második törvényét: Amikor erőt közöltek velük, nem gyorsultak fel.

Valós környezeti kísérletek

"Csak állandó sebességgel mozogtak, ami teljesen meglepő volt" - mondta Brilliantov. “Az eddig elvégzett szimulációk nagyon kezdetlegesek voltak, és a valóságban létező aktív anyaggal végzett kísérleti munka fontos következő lépés” - tette hozzá a tudós. Brilliantov és munkatársai bonyolultabb szimulációk végrehajtását tervezik az aktív anyag részecskék felhasználásával, információfeldolgozási képességekkel.

Ezek jobban hasonlítanak majd a rovarok és egyéb állatok viselkedésére, és segíthetnek feltárni azokat a fizikai törvényeket, melyek az állatseregletek iskoláit, rajait, felhőit és egyéb, nagy méretű együtt mozgó halmazait vezérlik. A végső cél az lehet, hogy az aktív anyagból önmagukat összeállító anyagokat hozzanak létre, amihez meg kell érteni az ilyen anyag fázisainak működését. 

"Nagyon fontos, hogy végre látjuk az aktív anyag természetét. Sokkal gazdagabb, mint a passzív anyagé.” - összegezte a tudós. A kutatást 2020 októberében tették közzé a Scientific Reports folyóiratban.

(Forrás: ScitechDaily Kép: Unsplash)

Ez is érdekelhet:

Madárrajok mozgása ihlette a magyar kutatók drónraj-irányítási áttörését Az ELTE Biológiai Fizika Tanszékének kutatói azt kutatták, hogy a madárrajok miképp oldják meg a látványos, mindenki által jól ismert hihetetlen sebességű együtt-mozgással járó kihívásokat. A megoldás megtalálásával minden eddiginél több drón hasonlóan gyors, harmonikus együttes repülését sikerült koordinálni.

Szuperszonikus katonai vadászrepülő-drónok az égen A Kelley Aerospace nevű szingapúri székhelyű repülőgép-gyártó vállalat szuperszonikus sebesség elérésére alkalmas harci drónt fejlesztett.

Megtalálták a madárrajok repülésének titkát Az ELTE TTK fizikusai rájöttek, miként képesek a madárrajok felülkerekedni az együttmozgás elvi nehézségein, és a természettől ellesett megoldással most minden eddiginél több drón gyors reakcióidejű, mégis harmonikus együttmozgását tudják koordinálni.