یک نظریه جدید برای “رویدادهای تصادفی”

0
1782

بیگ بنگ: ریاضیدانان، نظریه جدیدی را برای توضیح “رویدادهای تصادفی در جهان واقعی” ارائه کردند. این نظریه چگونگی حرکات ذرات مشاهده شده در محیط‌های دینامیکی را توضیح می‌دهد و می‌تواند رفتار واقعی حیات در سیستم‌های زیستی را پیش‌بینی نماید.

randomnessبه گزارش بیگ بنگ، «حرکت براونی»، حرکت تصادفی ِ ذرات در مایعات را توصیف می‌کند. با این حال، این مدل انقلابی فقط زمانی که مایع ساکن بوده یا در تعادل باشد، به کار می‌رود. در محیط‌های زندۀ واقعی، مایعات اغلب شامل ذراتی هستند که بطور تصادفی حرکت می‌کنند، مانند میکرواُرگانیسم‌های شناور بسیار کوچک. این شناگرهای خودپیشران، می‌توانند باعث حرکت یا به هم خوردن مایع شده و آن را از تعادل دور کنند.

آزمایشات نشان می‌دهند که ذراتِ فاقد حرکتِ غیرفعال، هنگامی که با مایعات ‘فعالِ’ حاوی شناگرها برهم‌کنش داشته باشند، می‌توانند حرکات عجیب و سردرگم کننده‌ای را از خود به نمایش بگذارند. چنین حرکاتی با رفتار مرسوم ذرات که توسط حرکت براونی توصیف می‌شود، متناسب نبوده و به همین دلیل تاکنون، دانشمندان جهت توضیح چگونگی چنین حرکات آشوبناک بزرگ مقیاسِ ناشی از برهم‌کنش‌های میکروسکوپیِ مابین ذرات منفرد، تلاش کرده‌اند.

در حال حاضر، پژوهشگرانی از دانشگاه کوئین مری لندن، تی سوکوبا، پلی تکنیک فدرال لوزان و کالج سلطنتی لندن، نظریۀ جدیدی را برای توضیح حرکات ذرات مشاهده شده در این محیط دینامیکی، ارائه کرده‌اند.  همچنین نشان دادند که این مدل جدید می‌تواند به پیش‌بینی‌هایی در مورد رفتار واقعی حیات در سیستم‌های زیستی، نظیر الگوی تغذیۀ جلبک یا باکتریِ شناگر کمک کند.

دکتر “آدریان بائول”، استاد ارشد ریاضیات کاربردی در دانشگاه کوئین مری لندن و مدیر این پروژه گفت: «حرکت براونی جهت توصیف انتشار ذرات در علوم فیزیکی، شیمیایی و زیستی به طور گسترده مورد استفاده هستند؛ با این حال این حرکت نمی‌تواند جهت توصیف انتشار ذرات در بیشتر سیستم‌های فعالی که اغلب آنها را در حیات واقعی مشاهده می‌کنیم، مورد استفاده قرار گیرند.»

به وسیلۀ حل صریح دینامیک پراکندگی در بین ذرات غیرفعال و شناگران فعال در مایع، پژوهشگران با احتساب همۀ مشاهدات آزمایشگاهی، قادر به استخراج یک مدل موثر برای حرکت ذرات در مایعات ‘فعال’ شده‌اند. محاسبات گسترده نشان می‌دهد که دینامیک ذرات موثر از به اصطلاح ‘خط سیر لِوی’ پیروی می‌کنند، که به طور گسترده جهت توصیف حرکات شدید در سیستم‌های پیچیده‌ای که بسیار دور از رفتار معمول عمل می‌کنند، مورد استفاده قرار می‌گیرد. مثلاً در سیستم‌های بوم شناختی یا دینامیک زلزله.

Mathematical Randomness xدکتر “کیوشی کانازاوا” از دانشگاه تی سوکوبا، که اولین نویسندۀ مقاله‌ای در این مورد است، می‌گوید: «تاکنون هیچ توضیحی در مورد اینکه چگونه خط سیرهای لِوی می‌توانند بر پایۀ برهم‌کنش‌های میکروسکوپی‌ای که از قوانین فیزیکی پیروی می‌کنند رخ دهند، وجود نداشته است. نتایج ما نشان می‌دهند که خط سیرهای لِوی می‌توانند بعنوان پیامدی از برهم‌کنش‌های هیدرودینامیکی بین شناگران فعال و ذرات غیرفعال پدید آیند، که بسیار شگفت‌انگیز است.

اعضای این تیم دریافتند که چگالی شناگران فعال بر مدت زمان رژیم خط سیر لِوی نیز تاثیر می‌گذارد، و این مساله نشان می‌دهد که میکرواُرگانیسم‌های شناگر می‌توانند از خط سیرهای لِویِ مغذی جهت تعیین بهترین راهبُردهای جستجوی غذا برای محیط‌های مختلف بهره‌برداری کنند.

دکتر بائول اضافه کرد: «نتایج ما نشان می دهند که راهبردهای جستجوی بهینۀ غذا، می تواند به چگالی ذرات موجود در محیط‌شان بستگی داشته باشد. بعنوان مثال، در چگالی‌های بالاتر، جستجوی فعال به وسیلۀ کاوشگران، می‌تواند رهیافتی موفق‌تر باشد. در حالی که در چگالی‌های پایین‌تر ممکن است؛ برای شناگری که به سادگی در انتظار نزدیک شدن یک مادۀ مغزی است سودمند بوده باشد زیرا ماده ی مغذی توسط شناگران دیگر به زور کشیده شده و در مناطق بزرگتری از فضا به گردش در می‌آید.

“با این حال، این پژوهش نه فقط روشن می‌کند که چگونه میکرواُرگانیسم‌های شناگر با ذرات غیرفعالی مانند مواد مغذی یا پلاستیک فاسد شده برهم‌کنش دارند، بلکه بیشتر نشان می‌دهد که چگونه رویدادهای تصادفی در یک محیط غیرتعادلیِ فعال ایجاد می‌شوند. این یافته می‌تواند به ما در درک رفتار دیگر سیستم‌هایی که دور از تعادل به حرکت در می آیند کمک کند. این رویدادها نه فقط در فیزیک و زیست شناسی، بلکه بعنوان مثال در بازارهای مالی نیز رخ می‌دهند.»

“رابرت براون” گیاه شناس انگلیسی، اولین‌بار «حرکت براونی» را در سال ۱۸۲۷، هنگامی که حرکات تصادفی به نمایش در آمده توسط دانه‌های گَردۀ افزوده شده به آب را مشاهده می‌کرد، توصیف نمود. دهه‌ها بعد فیزیکدان مشهور، “آلبرت اینشتین” مدلی ریاضیاتی را جهت توضیح این رفتار گسترش داد، و با این کار وجود اتم‌ها را اثبات کرد و بدین ترتیب بنیان‌هایی برای کاربردهای گسترده‌ای در علم و فراتر از آن بنا نهاد. جزئیات بیشتر این پژوهش در مجله nature منتشر شده است.

ترجمه: سیدامین مهناپور/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: phys.org



ارسال یک پاسخ

لطفا دیدگاه خود را وارد کنید!
لطفا نام خود را در اینجا وارد کنید

این سایت از اکیسمت برای کاهش هرزنامه استفاده می کند. بیاموزید که چگونه اطلاعات دیدگاه های شما پردازش می‌شوند.