Фізики порушили третій закон Ньютона за допомогою електричного поля
Японські науковці з Токійського університету науки створили систему, у якій колоїдні частинки рухаються, порушуючи рівність дії та протидії. Це відкриває шлях до програмованих матеріалів і мікророботів.
Дослідники з Токійського університету науки продемонстрували, що за певних умов можна обійти класичний третій закон Ньютона, який стверджує: на кожну дію є рівна протидія. У своєму експерименті вони використали понад 10 тисяч колоїдних частинок, які під дією електричного поля самоорганізовувалися в рухомі структури.
Команда під керівництвом професорів Ютаки Суміно та Ківаму Йосії помістила полістирольні кульки двох розмірів — радіусом 1 та 1,5 мікрометра — у воду між прозорими електродами. Протягом години вчені спостерігали за частинками під впливом змінного електричного поля. Воно створювало навколо кожної частинки електрогідродинамічні потоки, інтенсивність яких залежала від розміру: більші частинки генерували потужніші потоки й притягували менші сильніше, ніж ті могли впливати на них у відповідь. Це призвело до зникнення симетрії дії та протидії.
«Наша система дає експериментально контрольований приклад нереципрокної багаточастинкової фізики, де порушення симетрії дії та протидії породжує колективні явища», — пояснив Суміно.
Через дисбаланс сил частинки різного розміру об'єднувалися в асиметричні пари, які мали чітко виражені передню та задню частини. Окремо жодна частинка не могла рухатися, але разом пара функціонувала як самохідна одиниця. Ці пари утворювали скупчення, які, однак, не зростали, а постійно розпадалися й збиралися заново. У контрольному експерименті з частинками однакового розміру взаємодія залишалася взаємною, і вони вишиковувалися у статичні кристали без жодного руху.
«Це дослідження демонструє, що порушення симетрії дії та протидії може бути універсальним механізмом для спонтанного формування динамічного порядку в матерії», — зазначив Суміно.
Науковці припускають, що подібні нереципрокні взаємодії можуть відігравати роль у біологічних системах, зокрема в колоніях клітин або групах тварин. Окрім того, відкриття може стати основою для створення програмованих матеріалів та мікророботів, здатних до самостійного руху. Результати дослідження опубліковані в журналі Physical Review Letters.
Читайте також
