Bir izdiham və ya quş sürüsü materialdakı atomların xüsusiyyətlərindən fərqli xüsusiyyətlərə malikdir, lakin kollektiv hərəkətə gəldikdə, fərqlər düşündüyümüzdən daha az əhəmiyyət kəsb edir. Biz hissəciklər üçün istifadə etdiyimiz eyni prinsiplərə əsaslanaraq insanların, quşların və ya hüceyrələrin davranışını proqnozlaşdırmağa cəhd edə bilərik.

Bu , Bostondakı MİT və Fransadakı CNRS-nin əməkdaşlığını əhatə edən beynəlxalq komanda tərəfindən aparılan, JSTAT : Theory and Experiment, Journal of Statistical Mechanics jurnalında dərc edilən araşdırmanın nəticəsidir . Materialların fizikasına əsaslanan tədqiqat, “özüyeriyən vasitələrdə” (bioloji olanlar kimi) nizamsız vəziyyətdən koordinasiya edilmiş vəziyyətə qəfil keçidə səbəb olan şərtləri simulyasiya etdi.

Tədqiqatın müəlliflərindən biri olan MIT Biophysics-dən Julien Tailleur, “Bir növ, quşlar uçan atomlardır” deyə izah edir. “Qəribə səslənə bilər, amma həqiqətən də bizim əsas tapıntılarımızdan biri bu idi ki, yeriyən izdihamın və ya uçan quş sürünün hərəkəti hissəciklərin fiziki sistemləri ilə çoxlu oxşarlıqları bölüşür.”

Tailleur-un izah etdiyi kimi, kollektiv hərəkət tədqiqatları sahəsində hissəciklər (atomlar və molekullar) və bioloji elementlər (hüceyrələr, həm də qruplar halında bütün orqanizmlər) arasında keyfiyyət fərqinin olduğu güman edilmişdir. Xüsusilə hesab olunurdu ki, bir hərəkət növündən digərinə keçid (məsələn, xaosdan nizamlı axına, faza keçidi kimi tanınan) tamamilə fərqlidir.

Bu halda fiziklər üçün həlledici fərq məsafə anlayışı ilə bağlıdır. Bir çox digər hissəciklərin olduğu bir məkanda hərəkət edən hissəciklər, ilk növbədə, qarşılıqlı məsafədən asılı olaraq bir-birlərinə təsir göstərirlər. Bioloji elementlər üçün isə mütləq məsafə daha az əhəmiyyət kəsb edir.

“Sürüdə uçan bir göyərçin götürün: onun üçün vacib olan ən yaxın göyərçinlər deyil, onun görə bildiyi göyərçinlərdir.” Əslində, ədəbiyyata görə, görə bildikləri arasında, idrak məhdudiyyətlərinə görə yalnız sonlu ədədi izləyə bilir.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?gdpr=0&us_privacy=1—&gpp_sid=-1&client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=135&slotname=8188791252&adk=2329133447&adf=1857921027&pi=t.ma~as.8188791252&w=540&abgtt=6&fwrn=4&lmt=1723147944&rafmt=11&format=540×135&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2024-08-similarities-physical-biological-greater.html&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTAuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTI3LjAuNjUzMy45OSIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJOb3QpQTtCcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl0sWyJHb29nbGUgQ2hyb21lIiwiMTI3LjAuNjUzMy45OSJdLFsiQ2hyb21pdW0iLCIxMjcuMC42NTMzLjk5Il1dLDBd&dt=1723147937911&bpp=1&bdt=1274&idt=2165&shv=r20240801&mjsv=m202408050101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3D8bcf1a0eb299db4a%3AT%3D1722782765%3ART%3D1723147938%3AS%3DALNI_MYcaYdsjTF9D4M7ctgnS3cs0qc0zw&eo_id_str=ID%3Df29dc86762273866%3AT%3D1722782765%3ART%3D1723147938%3AS%3DAA-AfjZCrNPyHdvWDe1YYImBU52o&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=3017614897403&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=1&u_h=900&u_w=1440&u_ah=860&u_aw=1440&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=347&ady=2149&biw=1423&bih=739&scr_x=0&scr_y=0&eid=44759876%2C44759927%2C44759842%2C44798934%2C95331833%2C95334525%2C95334829%2C95337870%2C95339229%2C95336266%2C31078663%2C31078665%2C31078668%2C31078670&oid=2&pvsid=620752282375542&tmod=1047490720&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1440%2C0%2C1440%2C860%2C1440%2C739&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=0&psd=W251bGwsbnVsbCwibGFiZWxfb25seV80IiwxXQ..&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=6551

Göyərçin, fiziklərin jarqonunda, digər göyərçinlərlə “topoloji əlaqə”dədir: iki quş kifayət qədər böyük fiziki məsafədə ola bilərdi, lakin eyni görünən məkanda olsalar, qarşılıqlı əlaqədə olurlar və bir-birlərinə təsir göstərirlər. .

Uzun müddətdir ki, bu cür fərqin kollektiv hərəkətin yaranması üçün tamamilə fərqli bir ssenariyə gətirib çıxardığına inanılırdı, “Ancaq araşdırmamız göstərir ki, bu, həlledici bir fərq deyil”, Tailleur davam edir.

“Aydındır ki, əgər biz əsl quşun davranışını təhlil etmək istəsək, modelimizə daxil edilməyən tonlarla başqa mürəkkəbliklər var . Bizim sahəmiz Eynşteynə aid edilən bir məsləhətə əməl edir, yəni bir fenomeni başa düşmək istəyirsinizsə, sizdə var. bunu “mümkün qədər sadə, lakin daha sadə deyil” etmək.

“Mümkün olan ən sadə deyil, problemə aid olmayan bütün mürəkkəbliyi aradan qaldıran. Tədqiqatımızın konkret halda bu o deməkdir ki, real olan və mövcud olan fərq – fiziki məsafə ilə topoloji əlaqə arasında – dəyişmir. kollektiv hərəkətə keçidin xarakteri”.Oynamaq

00:0001:02SəssizParametrlərPIPTam ekrana daxil olun

Tailleur və həmkarları tərəfindən istifadə edilən model ferromaqnit materialların davranışından ilhamlanıb. Bu materiallar adından da göründüyü kimi maqnit xüsusiyyətlərinə malikdir. Yüksək temperaturda və ya aşağı sıxlıqda fırlanmalar (sadələşdirici: elektronlarla əlaqəli maqnit anının istiqaməti) böyük istilik dalğalanmaları səbəbindən təsadüfi olaraq yönləndirilir və buna görə də nizamsızdır. Bununla belə, aşağı temperaturda və yüksək sıxlıqda fırlanmalar arasında qarşılıqlı təsir dalğalanmalarda üstünlük təşkil edir və spinlərin qlobal oriyentasiyası ortaya çıxır (onları düzülmüş kiçik kompas iynələri kimi təsəvvür etməklə).

“Həmkarım Hugues Chaté iyirmi il əvvəl başa düşdü ki, əgər fırlanmalar göstərdikləri istiqamətdə hərəkət edərlərsə, böyük spin qruplarının qəfil görünməsi ilə fasiləsiz bir faza keçidi ilə sifariş verəcəklər. göydəki quşlar” deyir Tailleur.

Bu, nizamın yaranmasının tədricən baş verdiyi passiv ferromaqnitdə baş verənlərdən çox fərqlidir. Bu yaxınlara qədər fiziklər, hissəciklərin “topoloji qonşuları” ilə üst-üstə düşdüyü biologiyadan ilham alan modellərin də davamlı bir keçid yaşayacağına inanırdılar.

Tədqiqatda istifadə edilən modeldə Tailleur və həmkarları bunun əvəzinə məsafə əvəzinə topoloji əlaqə istifadə edilsə belə, fasiləsiz keçidin müşahidə edildiyini və bu ssenarinin bütün belə modellərə şamil edilməsi lazım olduğunu göstərdilər.

Tailleur deyir: “Bəzi məhdudiyyətlər daxilində necə uyğunlaşdığınızın təfərrüatları əhəmiyyətsizdir və bizim işimiz göstərir ki, bu keçid növü ümumi olmalıdır.”

Başqa bir tapıntı isə ondan ibarətdir ki, istifadə olunan modeldə təbəqəli axınlar daha böyük qrup daxilində formalaşır ki, bu da bizim reallıqda müşahidə etdiyimizə yaxındır: insanların kütləsinin hamısının bir istiqamətdə hərəkət etməsi nadir haldır; daha doğrusu, biz onun daxilində sonlu qrupların hərəkətini, bir qədər fərqli trayektoriyaları izləyən fərqlənə bilən axınları görürük.

Tailleur belə qənaətə gəlir ki, hissəciklərin fizikasına əsaslanan bu statistik modellər bioloji kollektiv hərəkəti başa düşməyə də kömək edə bilər.

“Kollektiv hərəkəti biologiyada gördüyümüz kimi başa düşmək və ondan yeni materiallar hazırlamaq üçün istifadə etmək üçün yol hələ uzundur, lakin biz irəliləyiş əldə edirik.”

Daha çox məlumat: Kollektiv Hərəkətə Dəyişmə ilə Təsirli Birinci Sıra Keçid, Statistik Mexanika Nəzəriyyəsi və Təcrübəsi Jurnalı (2024). DOI: 10.1088/1742-5468/ad6428

Beynəlxalq Qabaqcıl Araşdırmalar Məktəbi (SISSA) tərəfindən təmin edilmişdir