Poremećena hiperuniformnost - stanje materije pronađeno u pilećem oku

Poremećena hiperuniformnost - stanje materije pronađeno u pilećem oku

Unatoč onome što ste naučili u gimnaziji, postoje put više od četiri stanja materije. Jedna od mogućih novih, poremećena hiperuniformnost, nedavno je pronađena na najčudnijem mjestu - oči pilića.

Klasične države materije 

Da bismo bolje razumjeli egzotično stanje materije kao što je poremećena hiperuniformnost, može biti korisno pregledati značajke klasičnih stanja materije: krutina, tekućina, plinova i plasmi. 

Tipično, svaki je definiran prema gustoći i strukturi njegovih čestica komponenata:

Krute tvari 

Materijal u ovom stanju zadržat će oblik bez obzira na kontejner, a njezine čestice komponenata čvrsto se pakiraju zajedno. Postoje dvije glavne vrste krutih tvari:

Amorfne krute tvari imaju poremećene strukture poput tekućina, ali su čvrste i drže oblike poput ostalih čvrstih tijela. Amorfne krute tvari imaju samo "ograničenu, lokaliziranu narudžbu blizu njihovih strukturnih jedinica", ali ne i dugoročni redoslijed. Primjeri uključuju staklo, plastiku, majoneze i blato.

Kristalne krute tvari imaju dobro naručene, krute strukture, drže svoje oblike "preko dugih atomske udaljenosti", pa se stoga smatra da imaju dugoročni red. Primjeri uključuju led, sol i ugljik.

tekućine 

Ako se čestice pakiraju blisko zajedno, ali bez uređene strukture, za razliku od amorfnih krutina, tekućine će slobodno teći i ne održavati oblik (samostalno). Ovo stanje tvari ima konstantni volumen i odgovara obliku njegovih spremnika. Primjeri uključuju vodu, mlijeko i sok.

Jedna zanimljiva varijanta koja postoji u "srednjem stanju". , , između kristalnog čvrstog stanja i tekućeg stanja "su tekući kristali. Ova vrsta tvari ima dugoročni red, ali također teče kao tekućina. Primjeri uključuju neke sapunske otopine, surfaktante i ester kolesterola.

plinovi 

Materijal u toj državi nema strukturiran raspored i kao tekućina, će uzeti oblik kontejnera, ali za razliku od tekućine, također će se proširiti da ga napuni. Čestice u plinu su labavo upakirane, i stoga se plin može komprimirati. Primjeri plinova uključuju zrak i kisik.

Plazma

Poput plina, plazma nema niti određenu strukturu niti određenu količinu; međutim, za razliku od plina, molekule plazme se električno puni. Stoga, plazme mogu proizvesti magnetske električne struje i magnetska polja, kao i provoditi električnu energiju. Primjeri plazma uključuju munje i Zemljinu ionosferu.

Egzotične države materije

Materijal koji postoji u tim stanjima nije vidljiv u normalnim uvjetima. Primjeri egzotičnih stanja uključuju Bose-Einstein kondenzate, degenerirane tvari, superfluide i, neki tvrde, poremećene hiperuniformnosti.

Poremećena hiperuniformnost

Ovo stanje karakterizira njegov "skriveni poredak" koji:

Ponaša se poput kristala i tekućih stanja materije, izlažući red iznad velikih udaljenosti i poremećaja na malim udaljenostima. Kao i kristali, ta stanja uvelike potiskuju varijacije u gustoći čestica. , , na velikim prostornim udaljenostima, tako da je raspored vrlo uniforman. U isto vrijeme . , , [ti] sustavi su slični tekućinama u tome što imaju iste fizičke osobine u svim smjerovima.

Primjeri ovog stanja su pronađeni u "tekućem heliju, jednostavnim plazmacama i gusto pakiranim granulama", kao i retinama pilića.

Pileće oči

Kako bi se optimizirao vid, stanice koje percipiraju svjetlost trebaju biti raspoređene u nizu koji omogućuje različitim stanicama da "ravnomjerno prikupe ulazno svjetlo kako bi stvorile precizan prikaz vizualne scene." Najbolji aranžman koji se nalazi u životinjskom kraljevstvu je šesterokutni niz složenih očiju insekata. Oči pilića, međutim, ne mogu smjestiti takav uređeni sustav.

Izuzetno složene, za razliku od ljudskih očiju koje imaju samo tri vrste čunjeva u retini, dnevne ptice imaju pet:

Četiri pojedinačna čunka, koja podržavaju tetrakromatski vid u boji [viđenje više valnih duljina i možda čak i boja od ljudi] i dvostruki konus, za koji se pretpostavlja da posreduje u akromatskom [ne bojom] percepcije kretanja.

Zbog različitih veličina i sastava, pet češera u pilićima (jedan za zeleno, plavo, crveno i ljubičasto, kao i konus koji detektira "luminancu") ne može postojati u optimalnom uređenom rasporedu ili nizu. Umjesto toga, njihova je distribucija nepravilna, iako ne slučajna:

Pojedinačni konusni obrasci u mrežnici ptice su raspoređeni tako da se čunji od jednog tipa gotovo nikada ne pojavljuju u neposrednoj blizini drugih češera iste vrste. Na taj način, ptica postiže puno ujednačenije raspored svake vrste konusa nego što bi postojalo u slučajnom (Poissonovom) uzorku točaka.

Budući da je ovaj problem bio zbunjujući, znanstvenici su nedavno napadali problem pomoću "raznih osjetljivih mikrostrukturnih deskriptora koji nastaju u statističkoj mehanici i teoriji pakiranja čestica" (ili kao što sam ga zvao - matematika i znanost) i otkrio:

Značajna vrsta koreliranog poremećaja na velikim duljinama ljusaka poznat kao hiperuniformnost. , , [gdje su] fotoreceptorske uzorke ukupnog stanovništva [sve vrste konusa] i pojedinačnih tipova stanica [ljubičasta, crvena, plava, zelena i svjetlina] istovremeno su hiperuniformne, što se zove multihyperuniformity. , , ,

To znači da sve pet tipova konusa, uzet zajedno, imaju hiperuniforman raspored, i raspored svake vrste konusa, kada se uzima u obzir, također je hiperuniforman. Istraživači su, stoga, pretpostavljali da pojedini članovi svakog tipa konusa moraju biti "suptilno povezani odsječnim područjima, koje koriste za samoorganiziranje u obrasce".

Autori studije zaključili su da, s obzirom na varijaciju u čunji, ovaj uzorak čini najbolje od loše situacije:

Budući da su češeri različitih veličina, sustav nije jednostavan za ulazak u kristalno ili naručeno stanje. Sustav je frustriran od pronalaženja onoga što bi moglo biti optimalno rješenje. , , tipično uređen raspored. Dok uzorak mora biti neuredan, mora biti jednako ujednačen. Tako je poremećena hiperuniformnost izvrsno rješenje.

Ostavite Komentar