Все наоборот: противоречивый метаматериал
Удалось просчитать структуру метаматериала с очень странными свойствами: при сжатии он расширяется, а при снижении давления на него – сжимается.
Казалось бы, такое поведение выходит за все разумные рамки: мы привыкли к тому, что все происходит ровно наоборот. Однако профессор Эдилсон Моттер (Adilson Motter) и его коллеги задумались, а почему бы и нет? В самом деле, нам известны (по крайней мере, в теории) метаматериалы (то есть, композиты, хитрая микроструктура которых обеспечивает им самые удивительные свойства) с самыми удивительными способностями. И «негативные компрессионные переходы», как назвали ученые обратное поведение при повышении или снижении внешнего давления, на их фоне не смотрятся чем-то из ряда вон выходящим.
Дело за главным – получить такой метаматериал. А начать следует с расчетов того, что должна представлять собой подобная структура. С этой целью авторы обратились к теории комплексных сетей, которая исследует сети с нетривиальными топологическими свойствами. В частности, в рамках теории изучается поведение сети при тех или иных изменениях ее структуры, зачастую весьма нетривиальное и странное.
Здесь необходимо сделать отступление и вспомнить о Парадоксе Браесса, который был продемонстрирован еще в 1960-е и который говорит о том, что открытие новых дорог между пунктами А и Б может в некоторых случаях приводить не к уменьшению, а к увеличению времени, которое затрачивает средний водитель для путешествия между ними. Действие этого закона знакомо градостроителям: порой закрытие магистрали может ускорить трафик. Подобный эффект проявляется и в других сетях, не только дорожных. К примеру, удаление одного из проводников в сети может увеличивать протекающий через нее ток, а вывод с поля одного из важнейших игроков – улучшить игру команды в целом.
Останавливаться на том, отчего это происходит, мы не будем: об этой проблеме мы уже рассказывали в заметке «Парадоксальные пробки». Заметим лишь вкратце, что связано это с тем, что оптимальное течение через сеть определяется ее структурой, и добавление дополнительных граней, казалось бы, ведущее к увеличению пропускной способности сети, на деле выводит систему из оптимального состояния.
К действию этого парадокса и обратился профессор Моттер и его команда. Они предложили рассмотреть действие на материал внешнего давления, как силу, распространяющуюся по узлам и отрезкам сети. Теперь стало возможным применить к проблеме известные уравнения и формулы – и ученые просчитали, что подобная структура действительно возможна. Теперь дело за вторым этапом: получением такого метаматериала на практике.
Источник: http://www.popmech.ru/article/11420-vse-naoborot/
Расскажите о нас друзьям
