Рибите плуват на пасажи, насекоми на рояци, птиците летят на ята. Сега, ново изследване установява, че на най-основно ниво този вид групово поведение формира нов вид активна материя, наречена свирлонично състояние (от swirlon – вихър).
Физичните закони като Втория закон на Нютон, който гласи, че с увеличаване на силата, приложена към даден обект, неговото ускорение се увеличава и че с увеличаване на масата на обекта, неговото ускорение намалява – важат за пасивна, нежива материя, варираща от атоми до планети.
Но голяма част от материята в света е активна материя и се движи със собствена, самоуправляема сила, казва Николай Брилиантов, математик от Института за наука и технологии в Сколково в Русия и Университета в Лестър в Англия. Различните живи същества, като бактерии, птици и хора, могат да си взаимодействат помежду си със сили. Има примери и за нежива активна материя. Наночастиците, известни като „частици на Янус“, са изградени от две страни с различни химични свойства. Взаимодействията между двете страни създават автономно движение.
За да изследва активната материя, Брилиантов и колегите му са използвали компютър, за да симулират частици, които могат да се самозадвижват. Тези частици не взаимодействат съзнателно с околната среда, каза Брилянтов пред Live Science. По-скоро те са по-близки до прости бактерии или наночастици с вътрешни източници на енергия, но без способност за обработка на информация.
Първата изненада е, че тази активна материя се държи много по-различно от пасивната материя. Различни състояния на пасивна материя могат да съществуват едновременно, каза Брилиантов. Например, чаша течна вода може постепенно да се изпари в газообразно състояние, като същевременно оставя течна вода след себе си. Активното вещество, за разлика от това, не е съжителствало в различни фази; то е изцяло твърдо, изцяло течно или изцяло газ.
Частиците също се групират като големи конгломерати или квазичастици, които се смилат заедно в кръгов модел около централна кухина, нещо като вихър от сардини. Изследователите наричат тези конгломерати от частици „свирлони“ , а новото състояние на материята, което те образуват, „свирлонично състояние“.
В това завихрено състояние частиците проявяват странно поведение. Например те нарушават втория закон на Нютон: Когато към тях е приложена сила, те не се ускоряват.
„Те просто се движат с постоянна скорост, което е абсолютно изненадващо,“ каза Брилиантов.
Симулациите са базови и експерименталната работа с реални активни вещества е важна следваща стъпка, казва той. Брилиантов и неговите колеги също планират да направят по-сложни симулации, използвайки частици от активно вещество с възможности за обработка на информация. Те ще приличат по-скоро на насекоми и животни и ще помогнат да се разкрият физическите закони, регулиращи пасажите, рояците, ятата и стадата.
В крайна сметка целта е да се създадат самосглобяващи се материали от активна материя, каза Брилиантов, което прави важно разбирането на фазите на този вид материя.
„Доста важно е да видим природата на активната материя“, която е много по-богата от тази на пасивната материя, каза Брилиантов.
Изследването е подробно описано през октомври 2020 г. в списанието Scientific Reports.
Източник: LiveScience
