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违反牛顿第二定律!聚集移动的沙丁鱼群定义新的物质状态

2021-03-06 12:14 前瞻网   

 

违反牛顿第二定律!聚集移动的沙丁鱼群定义新的物质状态

自然界许多动物都会以群体方式行动:沙丁鱼风暴,聚集的昆虫,迁徙的鸟群。群体方式在自然界有非常多好处:增加防御能力,提高觅食效率等。而现在,一项新的研究发现,在最基本的层面上,这种群体行为形成了一种新的活性物质,称为漩涡状态。

牛顿运动第二定律等物理定律指出,当物体所受的力增大时,其加速度就会增大,当物体的质量增大时,其加速度就会减小。这适用于从原子到行星的所有被动的、非生命的物质。但世界上的许多物质都是主动物质,并在其自身的、自我引导的力量下运动。

俄罗斯斯科尔科沃科技学院和英国莱斯特大学的数学家Nikolai Brilliantov表示,细菌、鸟类和人类等各种生物都可以与它们身上的力量相互作用。但Brilliantov与团队的研究发现有一种物质并不随着质量增大而减速,比如沙丁鱼风暴。

为了探索活性物质,Brilliantov和他的同事们用计算机模拟了可以自我推动的粒子。通过计算发现,这些粒子并不是有意识地与环境互动。相反,它们更类似于简单的细菌或纳米颗粒,具有内部能量来源,但没有信息处理能力。

这些粒子还以大团块或准粒子的形式聚集在一起,围绕着一个中心空隙以环形模式混在一起,有点像沙丁鱼风暴。研究人员将这些粒子团块称为“漩涡粒子”,并将它们形成的新物质状态命名为“漩涡态”。

在这种漩涡状态下,粒子表现出奇异的行为。当一个力被施加到它们身上时,它们并没有加速,而是一直以恒定的速度移动。这显然违反了牛顿第二定律。

“[它们]只是以恒定的速度移动,这绝对令人惊讶,”Brilliantov说。

Brilliantov和他的同事们计划使用具有信息处理能力的活性物质粒子进行更复杂的模拟。这些粒子将更接近昆虫和动物,并有助于揭示集群鱼类、集群昆虫和集群鸟类的物理规律。最终的目标是发现并利用活性物质的物理特性,来创造出可以自行组装的材料。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 4114RWL

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