Tương tác phân tử đóng vai trò chính để tạo ra trật tự mới trong các hệ vận động

Các tương tác phi tương hỗ có thể làm gia tăng trật tự trong một hệ vận động. Đây là phát hiện của một nghiên cứu do các nhà khoa học khoa Vật lý vật chất sống tại Viện nghiên cứu Động lực học và tự tổ chức Max Planck (MPI-DS).

Các nhà nghiên cứu đã tạo ra một mô hình miêu tả các mẫu hình đột sinh phụ thuộc vào lượng phi tương hỗ trong một hệ vận động. Bài báo được xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters.

Vật chất sống thường chứng tỏ những đặc điểm không xuất hiện trong các hệ vật lý đơn giản hơn. Một ví dụ cụ thể là tương tác phi đối xứng giữa các dạng hạt khác nhau: một dạng phân tử có thể bị một dạng phân tử khác thu hút nhưng lại bị phân tử đó đẩy lùi và cự tuyệt – giống như một kẻ săn mồi thèo đuổi con mồi của mình nhưng rút cục bị nó cố gắng trốn thoát.

Hiện tượng này được gọi là tương tác phi tương hỗ và có thể làm tạo ra các mẫu hình thu hút ở quy mô lớn, như từng được chứng tỏ trước đây. Mẫu hình vĩ mô thu được thường tập hợp các cấu trúc mà thiết yếu với chức năng tổng thể của cả hệ này, ví dụ như một tế bào sống.

Trong nghiên cứu mới, Navdeep Rana và Ramin Golestanian tìm hiểu sự ảnh hưởng qua lại giữa phi tương hỗ và sự hình thành các sai hỏng làm ảnh hưởng đến các mẫu hình được tạo ra.

“Cụ thể, phi tương hỗ mạnh hơn là nguyên nhân dẫn đến hoạt động cao hơn và do đó liên quan đến mức trật tự nhỏ hơn của hệ”, Rana giải thích. “Tuy nhiên, chúng tôi phát hiện ra trên thực tế, chiều trái ngược là thật và các mẫu hình sóng có trật tự được hình thành khi phi tương hỗ vượt quá một quy mô nhất định”.

Do đó, nghiên cứu mới nhấn mạnh vào tầm quan trọng của phi tương hộ trong việc loại trừ những sai hỏng trong các hệ vận động để tạo ra các cấu trúc có trật tự.

Các nhà khoa học sử dụng các mô phỏng để chứng minh những đặc tính vật lý của những sai hỏng xuất hiện một cách tự nhiên làm phá vỡ trật tự, giống như sự dịch chuyển chỗ trong kim loại thường được sử dụng để tạo ra những cái thìa.

“Nếu một điều hướng bất cân bằng trong hình thức gắn được lặp lại của một cái thìa tạo ra nhiều sai hỏng rối nhiều hơn và làm suy yếu cường độ của nó cho đến khi bị gãy thì các tương tác phi tương hỗ điều hướng cả hệ hướng đến con đường loại trừ sai hỏng và tạo ra trật tự hoàn hảo”, Golestanian cho biết thêm.

“Điều này mở ra nhiều con đường cho ứng dụng các hệ vật chất hoạt động phi tương hỗ”, ông kết luận.

Về tổng thể, nghiên cứu này cho thấy các nguyên tắc vật lý cơ bản nằm dưới sự tổ chức của vật chất hoạt động, vốn là điều quan trọng trong sự hình thành sự sống.

Thanh Phương dịch từ by Max Planck Society

https://www.ds.mpg.de/4075605/241212_spirals