Исаак Ньютон (1643–1727) — выдающийся английский ученый, чьи открытия заложили основы современной физики и математики. Именно он сформулировал три закона механики и закон всемирного тяготения, которые впервые объяснили движение как земных объектов, так и небесных тел с помощью единых математических принципов.
"): действие сопровождается равным и противоположно направленным противодействием. Если один объект толкает другой, он одновременно испытывает ответное воздействие. Однако в неравновесных системах ситуация может выглядеть значительно необычнее. Если между частицами присутствует окружающая среда, постоянно получающая энергию извне, эффективное воздействие одного объекта на другой может оказаться несимметричным. Именно такую систему создали японские исследователи. Для эксперимента использовались полистирольные частицы двух размеров — радиусом примерно 1 и 1,5 микрометра. Для сравнения: один микрометр равен тысячной доле миллиметра, поэтому отдельные элементы системы невозможно увидеть невооруженным глазом. Частицы поместили в воду между двумя прозрачными электродами из оксида индия-олова. Затем к электродам приложили переменное электрическое поле. Оно не превращало микросферы в миниатюрные машины с собственными двигателями, но создавало вокруг них электрогидродинамические потоки жидкости. Именно эти потоки стали ключом ко всему эксперименту. Их интенсивность зависела от размера частиц: более крупная микросфера создавала более сильное течение, чем маленькая. В результате взаимодействие переставало быть симметричным. Большая частица эффективнее притягивала маленькую, чем маленькая — большую. Возникала ситуация, которую условно можно представить как погоню: одна частица словно сильнее тянется к соседке, чем соседка к ней. Когда частицы разных размеров оказывались рядом, они образовывали асимметричную пару. У нее появлялись условные передняя и задняя стороны, а вместе с ними — направление движения. Самое удивительное заключалось в том, что ни один участник пары отдельно двигаться таким способом не мог. Способность к направленному перемещению появлялась только благодаря взаимодействию двух неодинаковых частиц и окружающей их жидкости. Это один из примеров так называемой активной [материи](https://hanga.su/glossary/matter "Материя — фундаментальная субстанция, из которой состоит всё существующее в физическом мире. Она имеет массу, объём и может находиться в различных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном, плазменном и квантовом. На микроуровне материя образована атомами и элементарными частицами — электронами, протонами и нейтронами, а также их более глубокими составляющими — кварками и лептонами.
") — систем, компоненты которых способны поддерживать движение за счет постоянного притока [энергии](https://hanga.su/glossary/energy "Энергия — одно из ключевых понятий физики и фундаментальная характеристика материи. Она выражает способность системы совершать работу, создавать движение или вызывать изменения в окружающем мире. Энергия существует в различных формах — механической, тепловой, электрической, химической, ядерной и других — и может переходить из одной формы в другую, но никогда не исчезает, что отражает закон сохранения энергии.
"). В [природе](https://hanga.su/glossary/nature "Природа — это удивительная совокупность экосистем, живых организмов и природных явлений, которые формируют наш мир. Каждый элемент природы, от мельчайших микробов до величественных гор и океанов, играет важную роль в поддержании жизни на планете.
") похожие коллективные процессы встречаются на самых разных масштабах: от внутриклеточных структур и колоний микроорганизмов до косяков рыб и стай птиц. Однако лабораторные системы особенно ценны для физиков, поскольку позволяют менять отдельные параметры и наблюдать, как из относительно простых правил взаимодействия появляется сложное коллективное поведение. Когда самодвижущихся пар в эксперименте становилось много, происходил следующий переход. Они начинали объединяться в более крупные кластеры. Можно было бы ожидать, что притягивающиеся частицы в конце концов соберутся в один огромный неподвижный комок. Именно так зачастую ведут себя обычные пассивные частицы: небольшие агрегаты постепенно растут, соединяются и формируют крупную структуру. Но здесь этого не происходило. Кластеры росли лишь некоторое [время](https://hanga.su/glossary/time "Время — это фундаментальная физическая величина, описывающая последовательность событий и меру их длительности. В научной картине мира время рассматривается не как абстрактная категория, а как измеримый параметр, связывающий процессы и определяющий порядок их развития. В классической механике время протекает равномерно и независимо от наблюдателя, однако теория относительности существенно расширила эти представления: скорость движения и гравитация способны изменять течение времени, что подтверждено экспериментально.
"), после чего начинали разрушаться. Части структуры отделялись, перемещались, присоединялись к другим группам, а затем процесс повторялся. Система словно отказывалась окончательно успокоиться. Причиной оказались движущиеся пары внутри кластеров. Они постоянно создавали внутреннее движение, которое мешало всей конструкции превратиться в стабильный агрегат. Получался динамический баланс между притяжением частиц и непрерывной перестройкой структуры. Контрольные эксперименты подтвердили эту картину. Когда исследователи использовали частицы одинакового размера, взаимодействия становились значительно более взаимными. В таком случае система постепенно формировала статические кристаллические скопления. Разница была принципиальной: одинаковые частицы стремились к упорядоченному покою, тогда как смесь двух размеров поддерживала продолжительную динамику. Ученые дополнительно воспроизвели наблюдаемое поведение с помощью компьютерного моделирования. Расчеты показали, что нереципрокного движения пар уже достаточно, чтобы возникла устойчивая динамика постоянно образующихся и распадающихся кластеров. Это делает [эксперимент](https://hanga.su/glossary/experiment "Эксперимент — это основа научного метода, которая позволяет проверять гипотезы, подтверждать теории и открывать новые законы природы. Это процесс, в ходе которого исследователи изучают, как различные факторы влияют на объект исследования, создавая условия, которые можно контролировать и измерять.
") интересным далеко за пределами конкретной суспензии полистирольных микросфер. Если один и тот же принцип работает в разных неравновесных системах, он может оказаться одним из общих механизмов возникновения динамического порядка. Особенно интересны возможные аналогии с живыми системами. Биологические объекты далеко не всегда взаимодействуют строго симметрично. Один организм может преследовать другой, клетки способны реагировать на химические сигналы с разной интенсивностью, а поведение отдельных участников группы зависит от действий соседей. Разумеется, полистирольные частицы не являются моделью стаи птиц или клеточной колонии в буквальном смысле. Однако физика пытается найти минимальный набор правил, способный породить похожие формы коллективной динамики. Новая система дает редкую возможность изучать такой процесс сразу на тысячах объектов в контролируемых лабораторных условиях. Исследователи могут изменять электрическое поле, размеры частиц и другие параметры, наблюдая, как перестраивается вся система. В перспективе этот принцип интересен и для создания программируемых материалов. Обычный материал имеет заранее заданную структуру, тогда как активная [материя](https://hanga.su/glossary/matter "Материя — фундаментальная субстанция, из которой состоит всё существующее в физическом мире. Она имеет массу, объём и может находиться в различных состояниях: твёрдом, жидком, газообразном, плазменном и квантовом. На микроуровне материя образована атомами и элементарными частицами — электронами, протонами и нейтронами, а также их более глубокими составляющими — кварками и лептонами.
") теоретически способна постоянно перестраиваться в ответ на внешний сигнал. Еще одно возможное направление — микроробототехника. Вместо управления каждым микроскопическим устройством по отдельности инженеры пытаются разрабатывать простые правила, благодаря которым тысячи элементов смогут самостоятельно организовываться под воздействием внешнего поля. В таком случае коллектив может собираться, перемещаться, разделяться и снова формировать структуры без индивидуального «[мозга](https://hanga.su/glossary/brain "Мозг – это центральный орган нервной системы, контролирующий работу всего организма и отвечающий за высшие психические функции, такие как мышление, память, эмоции и восприятие. Этот сложнейший орган состоит из миллиардов нейронов, образующих сложную сеть связей, которые обеспечивают взаимодействие всех систем тела.
")» у каждого элемента. Возможные направления применения можно перечислить в одну строку: программируемые материалы, микророботы, управляемые коллоидные системы, микроустройства, самоорганизующиеся структуры. До практических технологий еще далеко. Нынешняя работа прежде всего относится к фундаментальной физике и показывает, каким образом нарушение взаимности взаимодействий способно изменить поведение большого количества частиц. Но именно фундаментальный результат здесь наиболее необычен. Для возникновения организованного движения отдельным частицам не обязательно иметь собственные двигатели. Иногда достаточно создать такие условия, при которых их взаимодействие становится асимметричным. Тогда две неподвижные частицы могут превратиться в движущуюся пару, тысячи пар — в постоянно перестраивающиеся кластеры, а простое микроскопическое правило неожиданно порождает сложное поведение всей системы. Такие эксперименты помогают физикам понять один из главных вопросов науки о самоорганизации: как порядок и движение возникают там, где никто не управляет каждым элементом по отдельности. **Ссылка:** «Остановленное укрупнение в активных коллоидных суспензиях, обусловленное нереципрокными электрогидродинамическими взаимодействиями» [ DOI: 10.1103/96ky-d1p9.](https://dx.doi.org/10.1103/96ky-d1p9 "DOI: 10.1103/96ky-d1p9") - [ Нанотехнологии ](https://hanga.su/nanotechnology) - [ Робототехника ](https://hanga.su/robotics) - [ Физика ](https://hanga.su/physics) - [ Автоматизация ](https://hanga.su/automation) - [ Квантовые технологии ](https://hanga.su/quantum-technologies) - Понравилось: 24 - Похожие материалы: [«Ноты Вселенной»: физики научились искать скрытые частицы по их едва заметному влиянию на известные законы природы](https://hanga.su/2334,2026) | [Алмазный детектор будущего: учёные научились измерять частицы с пикосекундной точностью](https://hanga.su/2109,2026) | [Виртуальные частицы: математическая иллюзия, которая раскрывает тайны Вселенной](https://hanga.su/1361,2025) | [Как ведут себя тяжелые частицы в условиях, подобных началу Вселенной: новейшие данные из адронной материи](https://hanga.su/843,2025) | [Квантовая нелокальность как фундаментальное свойство материи: идентичные частицы связаны по всей Вселенной](https://hanga.su/1461,2025) | [Квантовый побег через стену: почему частицы нарушают здравый смысл](https://hanga.su/2062,2026) Загрузка следующей статьи...