Hyperuniformity Disorder - State of Matter Found in a Chicken's Eye

2024 Pengarang: Sherilyn Boyd | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 09:39

Walaupun apa yang anda pelajari dalam sekolah tatabahasa, ada cara lebih daripada empat keadaan perkara. Satu kemungkinan yang baru, hiperuniformiti tidak teratur, baru-baru ini dijumpai di tempat yang paling aneh - mata ayam.

Negeri Berpolitik Matter

Untuk lebih memahami keadaan eksotik perkara seperti hiperunisiti yang tidak teratur, mungkin berguna untuk mengkaji ciri-ciri keadaan klasik perkara: pepejal, cecair, gas dan plasmas.

Biasanya, masing-masing ditentukan mengikut kepadatan dan struktur zarah komponennya:

Pepejal

Perkara dalam keadaan ini akan mengekalkan bentuknya tanpa mengira bekasnya, dan zarah komponennya dibungkus dengan ketat. Terdapat dua jenis pepejal utama:

Pepejal amorf mempunyai struktur yang tidak teratur seperti cecair, tetapi tegas dan memegang bentuknya seperti pepejal lain. Pepejal amorf hanya mempunyai "rentetan terhad, setempat kepada unit struktur mereka," tetapi tiada urutan jangka panjang. Contohnya termasuk kaca, plastik, mayonis dan lumpur.

Pepejal kristal telah diperintahkan dengan baik, struktur tegar, memegang bentuknya "melebihi jarak atom yang panjang," dan, dengan itu, dikatakan mempunyai urutan jangka panjang. Contohnya termasuk ais, garam dan karbon.

Cecair

Memiliki zarah-zarah yang penuh bersama-sama tetapi tanpa struktur yang diperintahkan, tidak seperti pepejal amorf, cecair akan mengalir dengan bebas dan tidak memegang bentuk (sendiri). Keadaan ini mempunyai kelantangan tetap dan akan sesuai dengan bentuk bekasnya. Contohnya termasuk air, susu dan jus.

Satu varian menarik yang wujud dalam "keadaan perantaraan… antara keadaan pepejal kristal dan keadaan cecair "adalah kristal cecair. Jenis perkara ini mempunyai urutan jangka panjang, tetapi juga mengalir seperti cecair. Contohnya termasuk beberapa penyelesaian sabun, surfaktan dan ester kolesterol.

Gas

Perkara dalam keadaan ini tidak mempunyai susunan berstruktur dan seperti cecair, akan membentuk bentuk bekasnya, tetapi tidak seperti cecair, juga akan berkembang untuk mengisi. Zarah-zarah dalam gas longgar dibungkus, dan oleh itu gas boleh dimampatkan. Contoh gas termasuk udara dan oksigen.

Plasma

Seperti gas, plasma tidak mempunyai struktur set atau isipadu tertentu; Walau bagaimanapun, tidak seperti gas, molekul plasma dikenakan elektrik. Oleh itu, plasmas boleh menghasilkan arus elektrik magnetik dan medan magnet, serta menjalankan elektrik. Contoh-contoh plasmas termasuk kilat dan ionosfer bumi.

Exotic States of matter

Perkara yang wujud di negeri-negeri ini tidak dapat dilihat dalam keadaan normal. Contoh-contoh keadaan eksotik termasuk kondensat Bose-Einstein, perkara yang merosot, superfluid dan, beberapa tuntutan, hiperuniformiti yang tidak teratur.

Hyperuniformity disordered

Keadaan ini dicirikan oleh "susunan tersembunyi" yang:

Berlaku seperti keadaan kristal dan cair bahan, mempamerkan pesanan melalui jarak dan gangguan yang jauh dari jarak yang jauh. Seperti kristal, negeri-negeri ini sangat menindas variasi ketumpatan zarah… melintasi jarak spasial yang besar supaya susunannya sangat seragam. Pada masa yang sama… Sistem [ini] adalah sama dengan cecair kerana mereka mempunyai sifat fizikal yang sama dalam semua arah.

Contoh-contoh keadaan ini telah dijumpai dalam "helium cair, plasmas mudah dan butiran padat padat" serta retina ayam.

Mata Ayam

Untuk mengoptimumkan penglihatan, sel-sel yang merasakan cahaya perlu diatur dalam tatasusunan yang membolehkan sel-sel yang berlainan "merata cahaya masuk untuk menghasilkan representasi yang tepat dari adegan visual." Pengaturan terbaik yang terdapat dalam kerajaan haiwan adalah heksagon pelbagai mata serangga serangga. Namun, mata ayam tidak dapat menampung sistem yang dipesan.

Terutama kompleks, tidak seperti mata manusia yang hanya mempunyai tiga jenis kon di retina, burung diurnal mempunyai lima:

Empat kon tunggal, yang menyokong visi warna tetrachromatic [melihat lebih banyak panjang gelombang dan mungkin juga warna daripada manusia] dan kerucut berganda, yang dianggap memeterai persepsi gerakan warna [tiada warna].

Oleh kerana saiz dan komposinya yang berbeza, lima kon di mata ayam (setiap satu untuk hijau, biru, merah dan ungu, serta kon yang mendeteksi "pencahayaan") tidak boleh wujud dalam susunan atau tatasusunan yang teratur. Sebaliknya, pengedaran mereka tidak teratur, walaupun tidak rawak:

Corak kerucut individu di retina burung disusun sedemikian rupa sehingga kerangka satu jenis hampir tidak pernah terjadi di sekitar berhampiran dengan kerucut lain dari jenis yang sama. Dengan cara ini, burung mencapai susunan yang lebih seragam bagi setiap jenis kerucut daripada yang akan wujud dalam corak titik rawak (Poisson).

Mencari keadaan ini membingungkan, para saintis baru-baru ini menyerang masalah itu dengan menggunakan "pelbagai deskriptor mikrostruktural sensitif yang timbul dalam teori mekanik dan teori pembungkus zarah," (atau ketika saya menyebutnya - matematik dan sains) dan mereka mendapati:

Satu jenis gangguan yang berkarisma pada skala panjang besar yang dikenali sebagai hiperuniformiti… [di mana] corak photoreceptor [kerucut] kedua-dua populasi [semua jenis kerucut] dan jenis sel individu [ungu, merah, biru, hijau dan pencahayaan] secara serentak hiperuniform, yang kita sebut multihyperuniformity….

Ini bermakna bahawa semua lima jenis kon, yang diambil bersama, mempunyai susunan hiperuniform, dan susunan setiap jenis kon, apabila dianggap secara berasingan, juga hiperuniform. Oleh itu, para penyelidik mengamalkan bahawa setiap individu dari setiap jenis kon mestilah "secara halus dikaitkan dengan kawasan pengecualian, yang mereka gunakan untuk menyusun diri menjadi pola."

Penulis kajian menyimpulkan bahawa, memandangkan variasi dalam kon, corak ini menjadikan keadaan yang paling baik:

Oleh kerana kon ini mempunyai saiz yang berbeza, tidak mudah bagi sistem untuk masuk ke dalam kristal atau keadaan yang diperintahkan. Sistem ini kecewa kerana mencari penyelesaian yang optimum… susunan khas yang dipesan. Walaupun corak mesti bercelaru, ia mesti seragam yang mungkin. Oleh itu, hyperuniformity yang disusun adalah penyelesaian yang sangat baik.