Подумайте о мыльных пузырях, шариках для качения или даже магнитах. Эти объекты кажутся совершенно разными, однако новое исследование показывает, что они обладают неожиданным общим свойством: когда помещаются в определенные условия, эти разнородные частицы упорядочиваются в поразительно похожие геометрические узоры.
Это открытие, опубликованное в журнале Physical Review E, бросает вызов нашим представлениям о том, как кажущиеся разными материалы ведут себя под давлением. Оно открывает захватывающие возможности для разработки инновационных материалов с применением в различных областях, от медицины до повседневных предметов.
Прорыв произошел благодаря разработанной международной группой исследователей под руководством доктора Паулу Дугласа Лима из Федерального университета Рио-Гранди-ду-Норте (Бразилия) сложной математической модели. Модель элегантно балансирует два фундаментальных фактора: врожденное отталкивание частиц и степень их ограничения в пространстве. Изменяя эти параметры, ученые смогли точно предсказать и воспроизвести эти идентичные узоры во множестве различных материалов.
Для проверки своей теории исследователи провели эксперименты с использованием разнообразных повседневных предметов. Плавучие магниты, шарики для качения и даже мыльные пузыри были помещены в тщательно разработанные контейнеры. Удивительно, но несмотря на свои огромные различия во свойствах, все эти разнородные частицы образовали те же самые отчетливые геометрические формы в своих ограниченных средах.
Профессор Саймон Кокс из математического факультета Aberystwyth University, участник этого международного сотрудничества, подчеркивает универсальность природы: «Что поражает, так это то, что дискретные объекты, столь различные как мыльные пузыри и магнитные частицы, могут вести себя одинаково лишь путем регулирования их ограничения. Это мощный напоминание о том, что природа часто следует всеобщим законам, даже когда ингредиенты кажутся совершенно разными».
Это открытие обладает огромным потенциалом для многих областей. В области биомедицинской инженерии оно может революционизировать разработку целевых терапий и интеллектуальных систем доставки лекарств. Представьте себе микроскопические капсулы, которые точно высвобождают лекарство только в очаге заболевания, или каркасы, специально спроектированные для точного воспроизведения сложной архитектуры здоровых тканей для регенеративной медицины.
Влияние выходит за рамки здравоохранения: понимание того, как частицы самоорганизуются в ограниченном пространстве, дает ценные сведения для отраслей, занимающихся обработкой сыпучих материалов, таких как порошки, зерна или гранулы. Это может привести к более эффективным методам упаковки и транспортировки, минимизации отходов и оптимизации использования ресурсов.
Это простое, но глубокое открытие подчеркивает элегантность фундаментальных физических законов, которые управляют даже кажущимся тривиальным поведением обычных объектов.
