Ungeordneten Hyperuniformity: Eine seltsame neue Zustand der Materie in Huhn-Augen

Trotz was Sie in der Schule gelernt gibt es Wege mehr als vier Zustände der Materie. Eine mögliche neue, ungeordneten Hyperuniformity wurde vor kurzem fand in der seltsamste Ort – die Augen der Hühner.

Klassische Zustände der Materie

Um eine exotische Zustand der Materie wie ungeordnete Hyperuniformity besser zu verstehen, es kann hilfreich sein, überprüfen Sie die Eigenschaften der klassischen Zustände der Materie: Feststoffe, Flüssigkeiten, Gase und Plasmen.

In der Regel wird jeweils nach der Dichte und Struktur der Komponente Teilchen definiert:

Feststoffe

Materie in diesem Zustand behält seine Form unabhängig von seinem Container und seine Komponente Partikel sind dicht zusammengepackt. Es gibt zwei Haupttypen von Feststoffen:

Amorphe Feststoffe haben ungeordneten Strukturen wie Flüssigkeiten, sondern sind fest und halten Sie ihre Formen wie andere Feststoffe. Amorphe Feststoffe haben nur eine "begrenzte, lokalisierte Reihenfolge unmittelbar auf ihre strukturelle Einheiten," aber keine langreichweitige Ordnung. Beispiele: Glas, Kunststoff, Mayonnaise und Schlamm.

Kristalline Feststoffe haben wohlgeordnete, starre Strukturen, halten Sie ihre Formen "über lange atomarer Abstände", und daher sollen langreichweitige Ordnung haben. Beispiele: Eis, Salz und Kohlenstoff.

Flüssigkeiten

Mit Partikel verpackt eng zusammen, wobei keine geordnete Struktur, im Gegensatz zu amorphen Festkörpern, werden Flüssigkeiten ungehindert fließen und keine Form (auf eigene Faust). Dieser Zustand der Materie hat ein konstantes Volumen und die Form seiner Container entsprechen wird. Beispiele sind Wasser, Milch und Saft.

Eine interessante Variante, die in "einem Zwischenstadium... zwischen kristallinen Festkörper und flüssigen Zustand" existiert sind flüssige Kristalle. Diese Art von Materie hat eine langreichweitige Ordnung, aber auch wie eine Flüssigkeit fließt. Beispiele sind einige Seifenlösungen, Tenside und Cholesterin-Ester.

Gasen

Materie in diesem Zustand hat keine strukturierte Anordnung und wie eine Flüssigkeit nehmen die Form des zugehörigen Containers, aber im Gegensatz zu einer Flüssigkeit, wird ebenfalls erweitert, um ihn zu füllen. Die Teilchen in einem Gas sind lose verpackt und somit eine Gas komprimiert werden kann. Beispiele für Gase Luft und Sauerstoff.

Plasma

Wie Gas hat Plasma eine feste Struktur weder eine bestimmte Lautstärke; Allerdings sind im Gegensatz zu Gas, Plasma Moleküle elektrisch geladen. Daher können Plasmen magnetische elektrische Ströme und Magnetfelder zu erzeugen, sowie Elektrizität leiten. Beispiele für Plasmen sind Blitz und Ionosphäre der Erde.

Exotische Zustände der Materie

Materie, die in diesen Staaten existiert ist nicht unter normalen Bedingungen zu beobachten. Beispiele für exotische Staaten Bose-Einstein-Kondensats, entartete Materie, Supraflüssigkeiten und einige behaupten, ungeordneten Hyperuniformity.

Ungeordneten Hyperuniformity

Dieser Zustand zeichnet sich durch seine "verborgene Ordnung", die:

Verhält sich wie Kristall und flüssigen Zustände der Materie, ausstellenden Bestellung über große Distanzen und Störung über kleine Distanzen. Wie Kristalle unterdrücken diese Staaten erheblich Unterschiede in der Dichte der Partikel... über große räumliche Entfernungen so, dass die Anordnung sehr gleichmäßig ist. Zur gleichen Zeit... [diese] Systeme sind ähnlich wie bei Flüssigkeiten, da sie die gleichen physikalischen Eigenschaften in alle Richtungen haben.

Beispiele für diese Bedingung in "flüssiges Helium, einfache Plasmen und dicht gepackten Granulat" sowie die Netzhaut von Hühnern gefunden.

Huhn-Augen

Um Sicht zu optimieren, sollten die Zellen, die Licht wahrnehmen in einem Array angeordnet werden, die ermöglicht die verschiedenen Zellen zu "gleichmäßig Probe einfallende Licht, eine genaue Darstellung der visuellen Szene zu produzieren." Die beste Lösung gefunden im Tierreich ist die hexagonale Anordnung der die Facettenaugen der Insekten. Hühner Augen, nicht jedoch ein geordnetes System geeignet.

Erstaunlich komplex, im Gegensatz zu menschlichen Augen, die nur drei Arten von Zapfen in der Netzhaut, tagaktive Vögel haben fünf:

Vier einzelne Kegel, die Unterstützung Tetrachromatic Farbsehen [weitere Wellenlängen und vielleicht sogar Farben als Menschen zu sehen] und einem Doppelkegel, der gedacht wird, vermitteln achromatische [keine Farbe] Bewegung Wahrnehmung.

Aufgrund ihrer unterschiedlichen Grösse und Zusammensetzung können nicht die fünf Zapfen in Hühner Augen (je eines für Grün, blau, rot und violett sowie der Kegel, der erkennt, "Luminanz") in eine optimale geordnete Anordnung oder einem Array existieren. Vielmehr wird ihre Verteilung unregelmäßig, obwohl nicht zufällig:

Die einzelnen Kegel-Muster in den Vogel Netzhaut sind derart angeordnet, dass Kegel eines bestimmten Typs fast nie in der Nähe von anderen Zapfen des gleichen Typs auftreten. Auf diese Weise wird der Vogel viel gleichmäßigere Anordnung der einzelnen Kegel-Typen als gäbe es in einem Zufallsmuster (Poisson) Punkte erreicht.

Finden diese Bedingung rätselhaft, Wissenschaftler vor kurzem Griff das Problem mit "einer Vielzahl von sensiblen mikrostrukturellen Deskriptoren, die in der statistischen Mechanik und Partikel-Verpackung Theorie entstehen" (oder wie ich es – Mathematik und Naturwissenschaften nennen) und sie entdeckt:

Eine bemerkenswerte Art der korrelierten Störung auf großer Länge Skalen bekannt als Hyperuniformity... [wo] die Sehzellen [Kegel] Muster der Gesamtbevölkerung [alle Kegel-Typen] und die einzelne Zelle Arten [violett, rot, blau, grün und Luminanz] sind gleichzeitig Hyperuniform, die wir Multihyperuniformity nennen....

Dies bedeutet, dass alle fünf Zapfen-Typen, die zusammengenommen eine Hyperuniform Anordnung, und geben Sie die Anordnung der einzelnen Kegel, separat betrachtet ist auch Hyperuniform. Die Forscher vermuten daher, dass die einzelnen Mitglieder der einzelnen Kegel "subtil durch Ausgrenzung Regionen, die sie verwenden, um zu Mustern Selbstorganisation geknüpft."

Die Autoren der Studie kam zu dem Schluss, dass angesichts der Unterschiede in den Zapfen, dieses Muster das Beste aus einer schlechten Situation macht:

Da die Zapfen unterschiedlich groß sind, ist es nicht einfach für das System in einen Kristall oder geordneten Zustand zu gehen. Das System ist frustriert von der Suche nach, was wäre die optimale Lösung... bestellt die typische Anordnung. Während das Muster ungeordnet sein muss, muss es möglichst gleichmäßig sein. Ungeordneten Hyperuniformity ist somit eine ausgezeichnete Lösung.

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Melissa schreibt für die beliebten interessante Tatsache website TodayIFoundOut.com und Die Medizin-Journal . Abonnieren Sie heute fand ich aus den "Täglich wissen" Newsletter, klicken Sie bitte hier oder wie sie auf Facebook hier. Sie können auch überprüfen sie heraus auf YouTube hier.

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