Fyzici vytvářejí nejobtížnější bludiště na světě: ScienceAlert

Daedalus Mohli jsme se něco naučit od týmu fyziků ve Spojeném království a Švýcarsku.

Pomocí principů fraktální geometrie a strategické hry šachů se jim podařilo vytvořit to, co říkají, nejobtížnější bludiště, jaké kdy bylo vytvořeno.

Skupina vedená fyzikem Felixem Flickerem z University of Bristol ve Spojeném království generovala trajektorie zvané hamiltonovské cykly ve vzorcích známých jako Ammann-Pinkerovy dlaždice a produkovala složitá fraktální bludiště, která podle nich popisují zvláštní formu hmoty známou jako kvazikrystaly.

Vše bylo inspirováno pohybem rytíře po šachovnici.

„Když jsme se podívali na tvary linií, které jsme vytvořili, všimli jsme si, že tvoří neuvěřitelně složitá bludiště, velikost následných bludišť exponenciálně roste – a je jich nekonečné množství,“ vysvětluje Flecker.

„v Rytířská prohlídka, šachová figurka (která skočí o dvě pole dopředu a jedno pole doprava) navštíví každé pole šachovnice pouze jednou, než se vrátí na své původní pole. Toto je příklad „Hamiltonovský cyklus„-procházet mapu a navštívit všechny body přerušení pouze jednou.“

Polokrystalické krystaly jsou formou hmoty, která se v přírodě vyskytuje jen velmi zřídka. Jsou zvláštním hybridem organizovaných a neorganizovaných krystalů v pevných látkách.

v krystalový organizér – Sůl, diamant nebo křemen – atomy jsou uspořádány do velmi elegantního vzoru, který se opakuje ve třech rozměrech. Můžete vzít část této sítě a umístit ji přes jinou část a budou přesně odpovídat.

Neorganizovaná nebo amorfní pevná látka je látka, jejíž atomy jsou složeny z neorganizovaných atomů. Tyto atomy zahrnují sklo a některé formy ledu, které se na Zemi běžně nevyskytují.

Kvazikrystal je materiál, ve kterém atomy tvoří vzor, ​​ale vzor se neopakuje dokonale. Může to vypadat velmi podobně, ale překrývající se části vzoru se nebudou shodovat.

Tyto podobně vypadající, ale neodpovídající vzory jsou velmi podobné matematickému konceptu zvanému aperiodické pokládání, který zahrnuje vzory tvarů, které se neopakují identicky.

Známý Penrose dlaždice Je jedním z nich. Dlaždice Aman-Pinker On je jiný.

Pomocí pole 2D dlaždic Amann-Pincker byli Flicker a jeho kolegové, fyzici Shobna Singh z Cardiff University ve Spojeném království a Jerome Lloyd z University of Geneva ve Švýcarsku, schopni generovat hamiltonovské spiny, které podle nich popisují atomový vzor. polotuhý krystal.

Jeho generativní cykly navštíví každý atom v kvazikrystalu pouze jednou a spojí všechny atomy do jediné linie, která se nikdy neprotne, ale spíše pokračuje jasně od začátku do konce. To lze škálovat do nekonečna a vytvořit typ matematického vzoru známého jako FraktálMenší části jsou podobné větším částem.

Tato linie přirozeně vytváří bludiště s výchozím a výstupním bodem. Tento výzkum má ale daleko větší dopady, než jen pobavit nervózní děti v restauracích.

Na druhou stranu je velmi obtížné najít hamiltonovské cykly. Řešení, které umožňuje identifikaci hamiltonovských cyklů, má potenciál vyřešit mnoho dalších složitých matematických problémů, od složitých systémů hledání cest po skládání proteinů.

Zajímavé je, že existují stopy zachycování uhlíku… AdsorpceJde o průmyslový proces, který zahrnuje sestavení molekul v kapalině jejich připojením ke krystalům. Pokud bychom pro tento proces místo toho mohli použít kvazikrystaly, elastické molekuly by se mohly sbalit těsněji, kdyby ležely podél jejich hamiltonovského cyklu.

„Naše práce také ukazuje, že kvazikrystaly mohou být pro některé adsorpční aplikace lepší než krystaly,“ říká Singh.

„Například ohebné molekuly najdou více způsobů, jak přistát na nepravidelně uspořádaných atomech v kvazikrystalech. Kvazikrystaly jsou také křehké, což znamená, že se snadno rozbijí na malá zrna. Tím se zvětší jejich povrchová plocha pro absorpci.“

A pokud ho náhodou máte Minotaur, kterého musíte schovat Někde si myslíme, že známe někoho, kdo může pomoci.

Výzkum byl zveřejněn v Fyzická revize.