Похожие статьи
Было обнаружено революционное математическое уравнение, которое в будущем может изменить медицинские процедуры, добычу природного газа и производство пластиковой упаковки.
Новое уравнение, разработанное учеными Бристольского университета, показывает, что движение диффузии через проницаемый материал впервые может быть точно смоделировано. Это произошло спустя столетие после того, как ведущие физики мира Альберт Эйнштейн и Мариан фон Смолуховски вывели первое уравнение диффузии, и знаменует собой важный прогресс в представлении движения для широкого круга объектов, от микроскопических частиц и природных организмов до искусственных устройств.
До сих пор ученые, изучающие движение частиц в пористых материалах, таких как биологические ткани, полимеры, различные породы и губки, были вынуждены полагаться на приближенные или неполные представления.
Результаты, опубликованные в журнале Physical Review Research, представляют собой новую методику, которая открывает захватывающие возможности в различных областях, включая здравоохранение, энергетику и пищевую промышленность.
«Это фундаментальный шаг вперед со времен исследований Эйнштейна и Смолуховского в области диффузии. Он революционизирует моделирование диффузии объектов в сложных средах всех масштабов, от клеточных компонентов и геологических соединений до среды обитания. Ранее математические попытки представить движение в средах, усеянных препятствующими объектами, известными как проницаемые барьеры, были ограничены. Решив эту проблему, мы прокладываем путь для захватывающих достижений в самых разных областях, поскольку проницаемые барьеры регулярно встречаются животным, клеточным организмам и людям», — рассказывает ведущий автор Тоби Кайе, который завершает работу над докторской диссертацией по инженерной математике.
Творчество в математике принимает множество форм, и одна из них — связь между различными уровнями описания явления. В данном случае, представляя случайное движение микроскопическим образом, а затем уменьшая его масштаб для макроскопического описания процесса, было найдено новое уравнение.
Необходимы дальнейшие исследования для применения этого математического инструмента в экспериментальных приложениях, которые могут улучшить продукты и услуги. Например, возможность точного моделирования диффузии молекул воды через биологическую ткань улучшит интерпретацию показаний МРТ (магнитно-резонансной томографии) с взвешенным коэффициентом диффузии. Это также может дать более точное представление о диффузии воздуха через упаковочные материалы для пищевых продуктов, помогая определить срок годности и риск загрязнения. Кроме того, количественная оценка поведения животных, производящих продукты питания, взаимодействующих с макроскопическими барьерами, такими как заборы и дороги, может дать более точные прогнозы последствий изменения климата для сохранения животных.
Использование геолокаторов, мобильных телефонов и других датчиков привело к революции в отслеживании данных о передвижении, количество и качество которых неуклонно росло в течение последних 20 лет. Это выявило необходимость в более сложных инструментах моделирования для представления движения самых разных объектов в окружающей среде, от природных организмов до искусственных устройств.
Старший автор работы доктор Лука Джуджиоли, доцент кафедры комплексных наук Бристольского университета, сказал: «Это новое фундаментальное уравнение является еще одним примером важности создания инструментов и методов для представления диффузии в условиях неоднородности пространства, то есть когда окружающая среда меняется от места к месту. Оно основывается на другом долгожданном решении математической головоломки 2020 года для описания случайного движения в ограниченном пространстве. Это последнее открытие — еще один значительный шаг вперед в улучшении нашего понимания движения во всех его формах и проявлениях, в совокупности называемых математикой движения, которая имеет множество интересных потенциальных применений.»
Фото Бристольского университета
Эксклюзивный перевод*
Ведущий автор рубрик «здоровье», «общество», «наука». Считаю, что журналист должен тщательно проверять информацию. А если ошибка все же произошла, нужно ее признать и извиниться.
