هذه المادة من قبل "من حيث المبدأ" (عدد الجمهور قناة الصغرى: principia1687) طبع بإذن،

حظر مستنسخة الثانوية.

أسراب من الطيور تطير بحرية في السماء، فهي تتغير باستمرار المواقف، وترتيبها في نمط لا يصدق. كيف يتم ذلك؟ هذه الطيور هي كيفية التواصل؟ أنهم جميعا اتباع خطة مشتركة لذلك؟

بيتري البكتيريا طبق تهاجر إلى الخارج لتشكيل هيكل شجيري جميلة. الخلايا يمكن أن يتم الالتزام بدقة معا لتشكل وظيفة الأنسجة والأعضاء محددة.

حتى إذا كان الحجر جماد في وعاء، ثم تمكن من الحصول عليها في بيئة انعدام الجاذبية، وسوف تجد أنها سوف رتبت بشكل عفوي قواعد موحدة واسطة.

وهذه هي من المصغر الترتيب والتفاعل من المجمع مما أدى ماكرو الظاهرة، سواء كانت توجد بعض المبادئ الأساسية المشتركة؟ هذا ما بحثت قضايا أستاذ شارون غلوتزر في الهندسة الكيميائية في جامعة ميشيغان. وجدت: الكون ويمكن أن يؤدي إلى منظم، وليس الفوضى ......

ويبدو أن هذا يتعارض مع فهمنا من الكون.

الكون يمكن أن ينظر إليها على أنها مجرد مقياس اضطراب أو عدم اليقين، وارتفاع يتوافق الكون إلى حالة أكثر المختلين. القانون الثاني للديناميكا الحرارية يخبرنا أن في نظام مغلق، والكون زيادة دائما، ولا تنقص.

في مختلف التخصصات العلمية، يحدث الكون في أشكال مختلفة، Glotzer القلق جيبس الكون ، أو الكون الإحصائي . في جوهرها، وهذا هو ترتيب مختلف للنظام التي قد تكون موجودة (وتسمى أيضا الدول الصغرى) وعدد من المقاييس، ولكن نلاحظ في الطبيعة هي تلك معظم الترتيب للدولة ماكرو المرجح المقدمة.

على سبيل المثال: إذا حفنة من نفس الكرة الصلبة (يمكن أن يكون الرخام والزجاج، كما أن جزيئات صغيرة) في وعاء كبير، ثم وضعها في الفضاء للقضاء على تأثير الجاذبية الأرضية، سوف الكرات تنتشر بشكل عشوائي خارج. ثم مرة أخرى، إذا نحن لحد من الحاويات، وسوف نبدأ في رؤية ظاهرة غريبة: عندما احتلت نسبة المجال من قبل سفينة ارتفع إلى 50، وسوف تشكيل هيكل الكريستال العادية، حتى إذا كان هناك يتم ترتيب واضح بحيث يمكن أن يكون أقل قليلا تسلسل الفضاء.

وهذا هو، عندما تزدحم الجزيئات بما فيه الكفاية، شعرية مثل ترتيب حكم النمط إلى أن يكون أكثر من نمط منظم. قد يبدو هذا متوقع، لأن الكون من أكبر ترتيب الجسيمات هو في الواقع أمر غاية. لا يوجد تفاعل مباشر بين هذه الجسيمات، ليس هناك التصاق بينهما، لا تحمل هم أنفسهم، لا شيء، مجرد الكون القيادة في ترتيب المظهر.

عفويا فقط الجزيئات المجهرية مرتبة في هيكل بلوري أمر منتظم من قبل الكون. | المصدر:

الناس غالبا ما سيزيد من فهم الكون ككائن يصبح الاتجاه الفوضوي، ثم وهذا يؤدي إلى الكون ومنظم تناقض الظاهرة؟

في الواقع ليست متناقضة.

في نظام واحد، وترتيب أكثر عرضة للجزيئات، وزيادة الانتروبيا للنظام. في بعض الحالات، أمر النظام، والترتيب أكثر عرضة للجسيمات. سوف جسيمات النظام في محاولة لجعل الفضاء حولهم كبيرة بقدر الإمكان، بحيث يمكن أن يهتز بحرية، وضبط الموقف والاتجاه. أكبر مساحة محتلة من قبل الجسيمات، والترتيب أكثر احتمالا، وزيادة الكون. يتكون النظام من مجموعة من المجالات تعظيم الكون ظهرت في حين تم ترتيب الكرة في حالة منتظمة ومنظمة.

في عام 2009، وفريق Glotzer وتعمل على هيكل أشباه الموصلات جسيمات متناهية الصغر من هذه الجسيمات يحدث أن تكون نفس هرم رباعي السطوح، وليس المجال ذكر في وقت سابق. وتشير نتائج المحاكاة على أنه عندما هذه رباعي السطوح معدل التجميع عالية بما فيه الكفاية، أمر هيكل مرة واحدة ظهرت مرة أخرى. والفرق هو، لا يتم الحصول على التركيب البلوري، ولكن التماثل الدوراني 12 أضعاف لها هيكل Quasicrystalline .

ترتيب هيكل quasicrystalline لتشكيل رباعي الاسطح وجود عفوية 12 أضعاف التناظر الدائرى. | المصدر:

شبه بلورة هو بنية معقدة جدا، فهي ليست كما هيكل الدوري دقيقة التكرار الكريستال. على الرغم من أن لديهم أيضا بنية أمرت، ولكن لا يوجد تماثل الترجمة المحدد، غالبا ما تكون أكثر تعقيدا من بنية البلورات.

كل هذا هو ببساطة مدهشة! تحت تأثير التفاعل بين الجزيئات ليست وحدها "بمفرده" الكون والنظام يبدو - رباعي الاسطح بسيط نظمت بشكل عفوي في شبه بلورة المعقدة.

تحليل التناظر الدوراني للهيكل quasicrystalline، حيود (ب) يدل على 12 أضعاف التناظر الدائرى. | المصدر:

هذا هو اكتشاف غير متوقع تماما، لا أحد قد فكرت في الذهاب للبحث عن مثل هذه النتيجة، ولم يكن أحد يتوقع من أي وقت مضى وسوف يكون هناك مثل هذه النتيجة. حتى في فترة طويلة جدا من الزمن، لم يتمكن الباحثون يعتقدون هذا الاكتشاف. وعندما يكون هذا الاكتشاف في نهاية المطاف أن يثبت، لأول مرة أنه يعكس ظهور التعقيد بين الكون والنظام يمكن أن تلعب دورا قويا ومتناقضة.

Glotzer تسمى هذه العملية " الخيمياء العصر الرقمي "- أرادت الكيميائيون القديمة لقيادة إلى ذهب، والعلماء المادي ترغب في إنشاء الهياكل أو المواد التي سوف عكس التغيير شكل المجهرية، كي تكون هذه المجهرية يمكن أن تجمع بشكل عفوي إلى المطلوب محددة الشكل.

منذ هذا الاكتشاف، تم فريق Glotzer يستخدم الأشكال الجسيمات مختلفة من بلورات مختلفة وهيكل شبه البلورية يمكن أن يحدث إلا من خلال الكون. تصفحهم التركيب البلوري من قاعدة البيانات، وتبحث عن بعد التركيب البلوري آخر. بحلول عام 2017، والمحاكاة الحاسوبية والتصميم التجريبي لدراسة التنظيم الذاتي لأكثر من 50000 أنواع من الأشكال البلورية المختلفة في الفضاء.

انهم يريدون هذه الدراسات لاستكشاف بعض من سؤال أكثر جوهرية: هل كل من التركيب البلوري لا يمكن إلا أن تتولد عن الكون؟ إذا لم يكن كذلك، لماذا لا؟ الكون القوة الدافعة للحصول على درجة الطلب في النهاية كم؟

ربما في يوم من الأيام، والمواد دراسة وجود الخصائص المطلوبة يمكن أن تساعد الناس لتصميم، مثل ضوء أسر محددة الطول الموجي الضوئية الكريستال كابل الألياف البصرية. ولكن إذا كان لدينا لجعل هذه المواد الجديدة، يحتاج الباحثون أيضا إلى استخدام قوات أخرى بالإضافة إلى الكون. بحلول ذلك الوقت، قد الباحثين قد تعلمت بالفعل أن دور الكون في عملية التجميع الذاتي من هذه الدراسات، ويعرف أكثر وضوحا في حالة استخدام فقط الكون، وشكل الجسيمات، وهكذا يجب أن يكون ماذا؟ فقط من خلال فهم هذه المشاكل، يمكن للعلماء يكون جيدا جنبا إلى جنب مع القوى الأخرى والكون، ونحن نريد للحصول على المواد.

يستخدم "خيمياء العصر الرقمي" لتصميم المادي. | المصدر:

بالإضافة إلى آفاق مشرقة، يجلب الدراسة أيضا لنا الكثير من أعجوبة رائعة من الطبيعة! وقال Glotzer كانت من دراسة الكون وشكل، والتفكير في أصل الحياة: معظم العلماء يعتقدون أننا في حاجة إلى أن يكون لها نظام السندات والتفاعل. تتيح هذه الدراسات لنا أن نعرف عندما يقتصر الكائن في حالة وجود ظروف مناسبة لمساحة واحدة، يحدث التنظيم الذاتي من تلقاء أنفسهم. لذلك، في تلك الحجارة المغمورة في المياه، في تضييق الفجوة في أنه كان أول من أي وقت مضى إلى جزيئات جعل النفس في تنظيم المحلي؟

نحن لا نعرف الجواب بالضبط، وإنما هو فكرة مثيرة للاهتمام، ولكنها توفر أيضا وسيلة جديدة للأصل النهائي للمسألة حياة. ربما في يوم من الأيام، والمزيد من أسرار إجابات أو أدلة سوف يكون مثل هذا الهيكل المنظم بشكل عام، بطريقة خفية غير متوقعة في الجبهة منا.

المصدر المرجعي:

دوى: 10.1038 / nature08641 (2009)

دوى: 10.1126 / science.1220869 (2012)

https://www.simonsfoundation.org/report2017/stories/sharon-glotzer-order-from-uncertainty/

https://www.quantamagazine.org/digital-alchemist-sharon-glotzer-seeks-rules-of-emergence-20170308/

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.5b04181