Неживі частинки можуть поводитись наче живі

 

Фізики з Університету Еморі показали, як система неживих частинок може поводитися наче живий організм, колективно перемикаючись між "кристалічним" та "рідким" станом. Важливо, що це відбувається, коли зовнішні умови залишаються стабільними. У журналі Physical Review Letters вийшла стаття з першим експериментальним описом такої динаміки.

 

Фізики з Університету Еморі вивчають крихітні пластикові частинки у вакуумній камері — як модель для опису поведінки складніших систем. Частинки левітують у камері з плазмою — іонізованим газом аргоном.

 

“Ми створили, мабуть, найпростішу фізичну систему, яка здатна колективно змінювати свою поведінку в стабільному середовищі, — каже Джастін Бертон, асистент Університету Еморі. — Ця система настільки проста, аж ми навіть не очікували, що в неї появляться такі складні властивості”.

 

Багато живих систем — від рою мушок до нейронів у мозку — можуть колективно змінювати свою поведінку, перемикаючись між хаотичним і впорядкованим станами. Стаття у Physical Review Letters, однак, описує неживу систему — пластикові частинки розміром з пилинку, які поводяться так само.

 

“Лише сорок таких частинок можуть змінювати стани, які нагадують кристалічний та рідкий, причому це відбувається у стабільному середовищі. Ці результати свідчать, що здатність природних систем колективно змінювати свою поведінку є поширенішою, ніж здавалося”, — каже Бертон.

 

У своїй лабораторії Бертон досліджує такі частинки — зокрема те, як прості системи, з них утворені, імітують властивості складніших систем, коли на них діють певні сили, наприклад, танення твердого тіла.

 

Пластикові частинки науковці досліджували у вакуумній камері, наповненій іонізованим газом аргоном. Змінюючи тиск в камері, вони спостерігали за їхньою поведінкою, зокрема тим, як вони перемикаються між вільним станом, що нагадує рідину чи газ, і стабільним, схожим на тверде тіло.

 

Відкриття відбулося, коли працівник лабораторії Ґурам Ґоґія вийняв частинки і “посолив” їх у камеру, утворивши шар, що левітував над зарядженим електродом. “Мені просто було цікаво, як поводитимуться частинки в камері, якщо я створю в ній низький тиск і дозволю їм вільно рухатися. — каже дослідник. — Вже за кілька хвилин неозброєним оком я побачив щось дуже дивне”.

 

Виявилося, що за різні часові інтервали — від десяти секунд до хвилини — частинки колективно змінювали свою поведінку, перемикаючись між строгою і впорядкованою структурою, що нагадує тверде тіло, та рідким чи газоподібним станом. Найдивніше те, що за однаковим параметрів середовища частинки не просто “плавились” і “кристалізувались”, а й перемикалися туди-сюди між цими двома станами.

 

“Уявіть собі, що ви залишили на підвіконні тарілку з льодом за кімнатної температури. Вас не здивує, коли лід з часом розплавиться. Але ви дуже здивуєтесь, коли побачите, що почергово то лід плавитиметься, то вода знову перетворюватиметься на лід”. Ґоґія провів кілька експериментів, які підтверджують та квантифікують цей феномен.

 

“Емерджентні властивості нерівноважним систем є загальною характеристикою фізичного світу. — каже Бертон. — Ніщо не перебуває в стабільному стані протягом тривалого часу — ні клімат Землі, ні нейрони в мозку. Запитання, чому і як відбувається це перемикання, є однією з фундаментальних проблем у фізиці. Наша модель є найпростішим прикладом системи з такими властивостями. Можливо, це проллє світло на природу набагато складніших систем”.

 

Physicists show how lifeless particles can become 'life-like' by switching behaviors

ScienceDaily, 02/11/2017

Зреферував Євген Ланюк

 

12.11.2017