Mathematiker entwickeln eine neue Theorie, um die Zufälligkeit in der realen Welt zu erklären

0

Die Brownsche Bewegung beschreibt die zufällige Bewegung von Partikeln in Flüssigkeiten. Dieses revolutionäre Modell funktioniert jedoch nur, wenn eine Flüssigkeit statisch ist oder sich im Gleichgewicht befindet.

In realen Umgebungen enthalten Flüssigkeiten häufig Partikel, die sich von selbst bewegen, wie z. B. winzige schwimmende Mikroorganismen. Diese selbstfahrenden Schwimmer können Bewegungen oder Rührungen in der Flüssigkeit verursachen, die sie aus dem Gleichgewicht bringen.

Experimente haben gezeigt, dass sich nicht bewegende „passive“ Partikel bei der Interaktion mit „aktiven“ Flüssigkeiten, die Schwimmer enthalten, seltsame, schleifenförmige Bewegungen zeigen können. Solche Bewegungen passen nicht zu den konventionellen Partikelverhalten, die durch die Brownsche Bewegung beschrieben werden, und bisher haben Wissenschaftler versucht zu erklären, wie solche chaotischen Bewegungen in großem Maßstab aus mikroskopischen Wechselwirkungen zwischen einzelnen Partikeln resultieren.

Jetzt haben Forscher der Queen Mary University in London, der Tsukuba University, der École Polytechnique Fédérale de Lausanne und des Imperial College London eine neuartige Theorie vorgestellt, um beobachtete Teilchenbewegungen in diesen dynamischen Umgebungen zu erklären.

Sie schlagen vor, dass das neue Modell auch dazu beitragen könnte, Vorhersagen über das reale Verhalten in biologischen Systemen zu treffen, beispielsweise über die Futtersuchmuster von schwimmenden Algen oder Bakterien.

Tun Sie mir einen Gefallen: Bitte TEILEN Sie diesen Beitrag.

Dr. Adrian Baule, Dozent für Angewandte Mathematik an der Queen Mary University in London, der das Projekt leitete, sagte: „Die Brownsche Bewegung wird häufig zur Beschreibung der Diffusion in den physikalischen, chemischen und biologischen Wissenschaften verwendet. Es kann jedoch nicht verwendet werden, um die Diffusion von Partikeln in aktiveren Systemen zu beschreiben, die wir im wirklichen Leben häufig beobachten. "

Durch die explizite Lösung der Streudynamik zwischen dem passiven Partikel und den aktiven Schwimmern in der Flüssigkeit konnten die Forscher ein effektives Modell für die Partikelbewegung in „aktiven“ Flüssigkeiten ableiten, das alle experimentellen Beobachtungen berücksichtigt.

Ihre umfangreiche Berechnung zeigt, dass die effektive Partikeldynamik einem sogenannten „Lévy-Flug“ folgt, der häufig verwendet wird, um „extreme“ Bewegungen in komplexen Systemen zu beschreiben, die sehr weit vom typischen Verhalten entfernt sind, wie z. B. in ökologischen Systemen oder in der Erdbebendynamik.

Dr. Kiyoshi Kanazawa von der Universität Tsukuba und Erstautor der Studie sagte: „Bisher gibt es keine Erklärung dafür, wie Lévy-Flüge aufgrund mikroskopischer Wechselwirkungen, die physikalischen Gesetzen entsprechen, tatsächlich stattfinden können. Unsere Ergebnisse zeigen, dass Lévy-Flüge als Folge der hydrodynamischen Wechselwirkungen zwischen den aktiven …

Share.

Leave A Reply