Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Стая скворцов, действующая как рой

Активное вещество состоит из большого количества активных «агентов», каждый из которых потребляет энергию для перемещения или приложения механических сил. [1] [2] Такие системы по своей природе не находятся в состоянии теплового равновесия . В отличие от тепловых систем, релаксирующих к равновесию, и систем с граничными условиями, налагающими установившиеся токи, системы с активной материей нарушают симметрию обращения времени, потому что энергия постоянно рассеивается отдельными составляющими. [3] [4] Большинство примеров активного вещества имеют биологическое происхождение и охватывают все уровни живого, от бактерий и самоорганизующихся биополимеров, таких как микротрубочки иактин (оба являются частью цитоскелета живых клеток), стаям рыб и стаям птиц. Однако большая часть современных экспериментальных работ посвящена синтетическим системам, таким как искусственные самоходные частицы . [5] [6] Активная материя - это относительно новая классификация материалов в мягкой материи : наиболее изученная модель, модель Вичека , датируется 1995 годом. [7]

Исследования активного вещества объединяют аналитические методы, численное моделирование и эксперименты. Известные аналитические подходы включают гидродинамику , [8] кинетическую теорию и неравновесную статистическую физику . Численные исследования в основном включают модели самодвижущихся частиц [9] [10], использующие агентные модели, такие как алгоритмы молекулярной динамики , а также вычислительные исследования уравнений гидродинамики активных жидкостей . [8] Эксперименты с биологическими системами охватывают широкий диапазон масштабов, включая группы животных (например, стаи птиц, [11]стада млекопитающих, косяки рыб и стаи насекомых [12] ), бактериальные колонии, клеточные ткани (например, слои эпителиальной ткани, [13] рост рака и эмбриогенез), компоненты цитоскелета (например, анализы подвижности in vitro, актин-миозиновые сети и молекулярно-миозиновые сети). нити с приводом от двигателя [14] ). Эксперименты с синтетическими системами включают в себя самоходные коллоиды (например, частицы , движущиеся с помощью энергии света [15] ), движущиеся гранулированные вещества (например, вибрирующие монослои [16] ), роящиеся роботы и ротаторы Квинке.

Понятия в активной материи

Системы активного вещества

  • Биологические ткани
    • Субклеточная и клеточная механика
  • Поведение толпы
  • Самоходные частицы и коллоиды

Ссылки [ править ]

  1. ^ Ramaswamy, Sriram (2010-01-01). «Механика и статистика активного вещества». Ежегодный обзор физики конденсированного состояния . 1 (1): 323–345. arXiv : 1004.1933 . Bibcode : 2010ARCMP ... 1..323R . DOI : 10,1146 / annurev-conmatphys-070909-104101 .
  2. ^ Маркетти, MC; Джоанни, JF; Ramaswamy, S .; Ливерпуль, ТБ; Prost, J .; Rao, M .; Адита Симха, Р. (2012). «Гидродинамика мягкого активного вещества». Обзоры современной физики . 85 (3): 1143–1189. arXiv : 1207.2929 . Bibcode : 2013RvMP ... 85.1143M . DOI : 10.1103 / RevModPhys.85.1143 .
  3. ^ Бертье, Людовик; Курчан, Хорхе (7 июня 2019 г.). «Лекции о неравновесных активных системах». arXiv : 1906.04039 [ cond-mat.stat-mech ].
  4. ^ Кейтс, Майкл Э .; Тайлер, Жюльен (2 января 2015 г.). "Фазовое разделение, вызванное подвижностью". Ежегодный обзор физики конденсированного состояния . 6 : 219–244. arXiv : 1406,3533 . Bibcode : 2015ARCMP ... 6..219C . DOI : 10,1146 / annurev-conmatphys-031214-014710 .
  5. ^ Брикар, Антуан; Казен, Жан-Батист; Desreumaux, Nicolas; Даушо, Оливье; Бартоло, Денис (6 ноября 2013 г.). «Возникновение макроскопического направленного движения в популяциях подвижных коллоидов» . Природа . 503 (7474): 95–98. arXiv : 1311.2017 . Bibcode : 2013Natur.503 ... 95B . DOI : 10,1038 / природа12673 . PMID 24201282 . 
  6. ^ Theurkauff, I .; Cottin-Bizonne, C .; Palacci, J .; Ybert, C .; Боке, Л. (26 июня 2012 г.). «Динамическая кластеризация в активных коллоидных суспензиях с химической сигнализацией». Письма с физическим обзором . 108 (26): 268303. arXiv : 1202.6264 . Bibcode : 2012PhRvL.108z8303T . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.108.268303 . PMID 23005020 . 
  7. ^ Vicsek, T .; Czirok, A .; Ben-Jacob, E .; Коэн, I .; Шочет, О. (1995). «Новый тип фазового перехода в системе самодвижущихся частиц». Письма с физическим обзором . 75 (6): 1226–1229. arXiv : cond-mat / 0611743 . Bibcode : 1995PhRvL..75.1226V . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.75.1226 . PMID 10060237 . 
  8. ^ a b Тонер, Джон; Ту, Юхай; Рамасвами, Шрирам (1 июля 2005 г.). «Гидродинамика и фазы флок» (PDF) . Летопись физики . Специальный выпуск. 318 (1): 170–244. Bibcode : 2005AnPhy.318..170T . DOI : 10.1016 / j.aop.2005.04.011 .
  9. ^ Vicsek, Tamás; Чирок, Андраш; Бен-Джейкоб, Эшель; Коэн, Инон; Шочет, Офер (1995-08-07). «Новый тип фазового перехода в системе самодвижущихся частиц». Письма с физическим обзором . 75 (6): 1226–1229. arXiv : cond-mat / 0611743 . Bibcode : 1995PhRvL..75.1226V . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.75.1226 . PMID 10060237 . 
  10. ^ Chaté, Hugues; Джинелли, Франческо; Грегуар, Гийом; Рейно, Франк (2008-04-18). «Коллективное движение самодвижущихся частиц, взаимодействующих без сцепления». Physical Review E . 77 (4): 046113. arXiv : 0712.2062 . Bibcode : 2008PhRvE..77d6113C . DOI : 10.1103 / PhysRevE.77.046113 . PMID 18517696 . 
  11. ^ Баллерини, М .; Cabibbo, N .; Candelier, R .; Cavagna, A .; Cisbani, E .; Giardina, I .; Lecomte, V .; Орланди, А .; Паризи, Г. (29 января 2008 г.). «Взаимодействие, определяющее коллективное поведение животных, зависит от топологического, а не от метрического расстояния: данные полевого исследования» . Труды Национальной академии наук . 105 (4): 1232–1237. arXiv : 0709.1916 . Bibcode : 2008PNAS..105.1232B . DOI : 10.1073 / pnas.0711437105 . ISSN 0027-8424 . PMC 2234121 . PMID 18227508 .   
  12. ^ Buhl, J .; Самптер, DJT; Кузин, И.Д .; Хейл, JJ; Despland, E .; Миллер, скорая помощь; Симпсон, SJ (2 июня 2006 г.). «От беспорядка к порядку в маршевой саранче». Наука . 312 (5778): 1402–1406. Bibcode : 2006Sci ... 312.1402B . DOI : 10.1126 / science.1125142 . ISSN 0036-8075 . PMID 16741126 .  
  13. ^ Трепат, Ксавьер; Вассерман, Майкл Р .; Анджелини, Томас Э .; Просо, Эмиль; Weitz, David A .; Батлер, Джеймс П .; Фредберг, Джеффри Дж. (2009-06-01). «Физические силы при коллективной миграции клеток» . Физика природы . 5 (6): 426–430. Bibcode : 2009NatPh ... 5..426T . DOI : 10.1038 / nphys1269 . ISSN 1745-2473 . 
  14. ^ Кебер, Феликс С .; Луазо, Этьен; Санчес, Тим; DeCamp, Стивен Дж .; Джоми, Лука; Боуик, Марк Дж .; Маркетти, М. Кристина; Догич, Звонимир; Бауш, Андреас Р. (05.09.2014). «Топология и динамика активных нематических пузырьков» . Наука . 345 (6201): 1135–1139. arXiv : 1409.1836 . Bibcode : 2014Sci ... 345.1135K . DOI : 10.1126 / science.1254784 . ISSN 0036-8075 . PMC 4401068 . PMID 25190790 .   
  15. ^ Палаччи, Джереми; Саканна, Стефано; Стейнберг, Ашер Преска; Сосна, Дэвид Дж .; Чайкин, Пол М. (22.02.2013). «Живые кристаллы светоактивированных коллоидных серферов». Наука . 339 (6122): 936–940. Bibcode : 2013Sci ... 339..936P . DOI : 10.1126 / science.1230020 . ISSN 0036-8075 . PMID 23371555 .  
  16. ^ Deseigne, Жюльен; Даушо, Оливье; Шате, Хьюг (23 августа 2010 г.). «Коллективное движение вибрирующих полярных дисков». Письма с физическим обзором . 105 (9): 098001. arXiv : 1004.1499 . Bibcode : 2010PhRvL.105i8001D . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.105.098001 . PMID 20868196 .