물리 교사의 상상 이외의 마찰이없는 장치는 오기가 어렵습니다. 그러나 수영 박테리아를 한 방울의 물에 넣으면 운동에 대한 저항이 제로가있는 유체가됩니다. 놀랍게도, 그 저항 (또는 적절하게 알려진 점도)은 부정적으로 변할 수 있으며, 예를 들어, 열역학의 법칙을 무시하는 것처럼 모터를 바꿀 수있는 자체 추진 액체를 만들 수 있습니다. 최근의 연구는 박테리아가 어떻게 불가능한 것을 끌어 내기 위해 박테리아가 공모하는지 설명합니다.
영국의 브리스톨 대학교 (University of Bristol)의 물리학 자이자 새로운 연구 중 하나의 공동 저자 인“어떻게 든 박테리아의 경우에도 효과가있다”며“정상적인 유체의 경우 모든 것이 불안정하기 때문에 불가능하다”고 말했다.
물리학 자들은 오랫동안 외설적 인 생각 실험에서도 아무것도 얻지 못하는 꿈을 꾸었습니다. 1860 년대 제임스 맥스웰 (James Maxwell)은 빠른 공기 분자를 방의 한쪽으로 분비하고 다른 분자로 분자를 느리게하여 엔진에 전원을 공급할 수있는 온도 차이를 만듭니다. 1962 년 리차드 페인 만 (Richard Feynman)은 공기 분자에 의해 울부 짖을 때 한 방향으로 만 돌려 모터를 운전하는 미세한 기어에 대해 강의했다. 그러나 그러한 아이디어는 열역학 제 2 법칙에 의해 분쇄되며, 이는 분류 또는 회전이 두 체계를 파악하는 열을 생성해야한다고 주장합니다. 시인 Allen Ginsberg가 말했듯이, 당신은 이길 수없고, 당신도 깨질 수 없습니다.
최근에, 무료 점심 식사가 테이블에서 벗어나지 만 살아있는 유체 주위에 제작 된 시스템으로 저렴한 간식을 실현할 수 있다는 증거가 있습니다. 프랑스 팀이 e의 솔루션을 확인한 2015 년 실험적 이상한 점이 나타나기 시작했습니다. coli 그리고 물은 부 자연스럽게 매끄럽게 될 수 있습니다. 두 개의 작은 판 사이에 방울이 샌드위치로, 그들은 특정 속도로 하나의 플레이트 슬라이드를 만드는 데 필요한 힘을 기록했습니다. 액체는 일반적으로 추가 부유 입자 (물 대 진흙을 생각하십시오)를 함유 할 때 보통 교반하기가 더 어려워 지거나, 입자가 수영을 할 때 반대의 것이 사실이라는 것이 밝혀졌습니다. 용액이 약 절반 % 일 때. coli 볼륨으로 플레이트 이동을 유지하려면 전혀 힘이 필요하지 않아 점도가 제로를 나타냅니다. 연구원들이 판의 움직임에 약간의 힘을 적용하여 속도를 높이는 것을 막아야했을 때 일부 시험은 부정적인 점도를 등록했습니다. 액체는 일을하고 있었는데, 모든 불활성 유체는 제 2 법률 위반을 의미했을 것입니다.
간단한 결론은 유기체가 용액의 내부 마찰을 중화하여 저항이없는 액체와 같은 것을 생성하는 방식으로 수영을하고 있다는 것입니다. 박테리아가 점도를 상쇄하거나 극복하기 위해 노력하고 있었기 때문에 명백한 열역학 위반은 환상이었습니다.
실험에 관여하지 않은 매사추세츠 주립 기술 연구소 (Massachusetts Institute of Technology)의 수학자 인 Jörn Dunkel은“각각의 개별 박테리아는 매우 약하지만 강점이 있습니다.
그러나 e. coli 일반적으로 모두 같은 방향으로 수영하지 않으므로 후속 연구는 자신의 움직임을 조정하는 것이 무엇인지 알아 내려고 노력했습니다. National Academy of Sciences의 절차에 7 월에 발표 된 연구에 따르면 한 가지 답변 , 개인 간의 상호 작용입니다.
미네소타 대학교의 물리학 자이자 논문의 공동 저자 인 Xiang Cheng은“밀도가 높으면 떼를지기 시작합니다. 그러나 물고기와 새들의 양 떼에서 볼 수있는 무리와는 달리 e의 무리. coli 애니메이션 반응이 아니라 신체적 특성에 의해 순전히 구동됩니다.
연구원의 설정은 프랑스 팀과 비슷했지만 첨부 된 현미경으로 박테리아의 행동을 추적 할 수있었습니다. 물론, e. coli 칵테일은 부피별로 10 ~ 20 % 박테리아에 도달했으며 소용돌이가 형성되었습니다. 박테리아가 물을 통해 쟁기질을하면서 꿀이 현미경으로 두께를 느끼는 것처럼, 그들은 동반자들을 가까이에서 멀리 떨어 뜨리는 충격파를 생성했습니다.
Dunkel은“은하계에 별이 많고 서로 영향을 줄 수있는 것과 비슷합니다. 이 군대는 지역 수영 그룹을 장려했다. coli 알약 모양의 몸을 정렬하기 위해.
그런 다음 판의 움직임은 그 지역 행동을 전 세계적으로 만듭니다. 상단 플레이트를 드래그하면 유체를 통해 전단력이 찢어지면서 사실상 떼를 정리하고 방향을 맞추십시오.
Cheng은“전단이 없으면 무리의 방향은 무작위입니다. "전단 아래에서는 모든 박테리아가 특정 방향으로 줄을서는 경향이 있습니다."
.플레이트의 영향이 박테리아가 평균 정렬로 고정되면 수영은 물을 밀고 솔루션의 대규모 특성을 변형시키는 국소 흐름을 생성합니다.
.Cheng의 실험 결과는 Physical Review Letters 에 일주일 전에 출판 된 새로운 이론적 모델과 크게 일치합니다. . 연구원들은 2015 년 실험을 설명하기위한 수학적 프레임 워크를 개발하기 위해 박테리아의 활동을 설명하는 새로운 용어로 액정에 사용되는 방정식을 수정했습니다.
그들의 이론은 실험에서 볼 수있는 낮은 점도와 음의 점도를 재현했으며, 박테리아는 플레이트의 압력 하에서 여러 가지 안정적인 패턴으로 집합 적으로 방향을 배향 할 수 있다고 예측했다.
.Loisy는“실제로 두 개의 가능한 두 상태, 2 개의 가능한 평형 솔루션이 있다는 것을 알게되었습니다.
Dunkel은 상단과 아래쪽 가장자리를 따라 종이 조각을 잡고 손을 함께 가져 오는 효과를 비유했습니다. 종이가 구부러지면서 C 또는 S 모양으로 접 힙니다. 그런 다음 해제 될 때 까지이 두 구성 중 하나에서 변경되지는 않습니다. Cheng의 연구는 또한 두 가지 대규모 방향을 제안하지만, 둘 다 다른 박테리아 그룹에 동시에 존재하며 관찰 된 행동은 평균을 나타냅니다.
.이러한 효과가 집단적 초 유체 행동에 어떻게 기여하는지에 대한 세부 사항은 여전히 해결되어야하지만, 미세한 것에서 가시적으로 에너지를 전달하는 것이 현실적이고 독특하다는 논쟁은 없습니다.
“보통 당신은 이것을 할 수 없습니다. 유체로 모터에 전원을 공급할 수는 없습니다.”라고 Loisy는 말했습니다.
그러나 박테리아 에너지를 사용하면 분명히 할 수 있습니다.
Dunkel은“올바른 설정에 충분한 박테리아가 있다면 실제로 구조물을 움직일 수 있습니다.
파리-서부 대학교의 물리학자인 Harold Auradou에 따르면, 박테리아 속도에서 매우 작은 모터를 운전하는 것 외에도 지하 채널에 석유 또는 오염 물질을 강제 할 수있는“스마트 액체”가 포함되어 있습니다.
물론, 모든 설명에 따르면, 열역학 법칙은 완전히 효과적입니다.
Loisy는“당신은 여기서 마법을하고 있지 않습니다
두 가지 요인으로 인해 박테리아 솔루션이 악마와 마이크로 쌍이 아닌 곳에서 성공할 수 있습니다. 먼저, e. coli 물의 설탕과 산소에서 에너지를 대사하는 엔진 자체가 거의 없습니다. 그들을 계속 움직이기 위해 연구원들은 영양소의 균형을 잡기 위해 많은주의를 기울입니다. 너무 작아서 굶어 죽었습니다. 너무 많이, 그들은 게으른다.
청은 웃으면 서“그들은 인간과 같다”고 말했다
그러나 전 세계의 모든 에너지는 너무 원활하게 분포되거나 너무 무질서한 경우 도움이되지 않습니다. 시스템은 한 위치에서 다른 위치로 에너지를 동축하려면 비대칭이 필요합니다. 열 엔진은 예를 들어 뜨거운 액체와 차가운 액체가 필요하며 수력 터빈은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르는 물이 필요합니다. 박테리아의 경우, 수로의 힘에 반응하는 길쭉한 모양으로 내려옵니다.
Loisy는“그들이 선호하는 방향이 있고 대칭을 깨뜨린다는 사실만으로도 대칭을 깨뜨린다”고 말했다. "그들이 구형이라면 효과가 없을 것입니다."
이 기사는 Investigacionyciencia.es 에서 스페인어로 재 인쇄되었습니다 .
