Математики разрабатывают новую теорию для объяснения случайности в реальном мире: исследование

Фактор случайности давно занимает умы математиков, но даже в век высоких технологий с возможностями компьютерного моделирования остается немало скрытого в его изучении. Завесу тайны могло приоткрыть такое явление, как броуновское движение, но оно работает только в условиях статичности исследуемой среды – жидкостной или газовой. И вот, новое исследование английских ученых показывает, что случайность может быть объяснена даже в условиях динамичного реального мира.

Поведение частиц в динамичных средах

Математики из нескольких лондонских университетов совместно с японскими исследователями предложили новую теорию, согласно которой случайное движение мелких частиц может быть объяснено, даже если молекулы и атомы находятся в «живой» динамичной среде.

По мнению специалистов, эта теория поможет создать модель прогнозирования поведения частиц в биологических средах. Например, с ее помощью можно будет иллюстрировать процессы кормления морских микроорганизмов.

Наблюдение случайностей в реальной жизни

Ученые считают, что на этом этапе исследования фактора случайности они могут перейти от классического броуновского движения к описанию аналогичных процессов взаимодействия между частицами в реальном мире. Если броуновское движение всегда предполагает хаотичное движение с определенными алгоритмами в строго условленных химических, физических и биологических системах, то новый уровень изучения случайности поможет наконец перейти в условия наблюдения реальной жизни.

Изучение нетипичного поведения

В процессе экспериментальных исследований специалисты занимались изучением отличий между поведением пассивной и активной частиц, что и позволило представить модель условно нетипичного, но активного движения атомов и молекул в «живых» средах.

Согласно полученным данным, характер движения частиц может быть выражен через эффект полета Леви, обычно используемого для описания активности частиц в сложных системах. Например, модельно могут использоваться нетипичные системы наподобие землетрясений и экологических процессов.

В результате изучения выяснилось, как именно могут осуществляться те самые полеты Леви, в основе которых лежат принципы микроскопических взаимодействий с подчиненностью законам физики.

Внешние факторы влияния

Также было обнаружено, что на продолжительность условного полета Леви могла влиять плотность среды. Микроорганизмы могли действовать, вырабатывая стратегии поиска питательных веществ на основе определенных закономерностей, обусловленных внутренними условиями системы.

Успешность стратегий добычи питательных веществ микроорганизмами определялась плотностью частиц, находящихся в наблюдаемой среде. Чем выше плотность, тем выше активность микроорганизмов и сильнее их стремление участвовать в процессе поиска. Соответственно, и результативность добычи корма в данном случае повышается.

Случайность в активной неравновесной системе

Ученые не только подошли к открытию закономерностей поведения микроорганизмов в условиях кормления, но и приблизились к пониманию самой природы случайности. В частности, сделанные выводы могут объяснить то, как происходит случайное поведение частиц в активных неравновесных системах, что само по себе значительно усложняет задачу. К системам, выходящим за рамки равновесия, можно отнести фондовый рынок или другие сложные процессы, в которых факторами влияния выступают многочисленные явления с разными значениями вероятности.

Как броуновское движение в свое время создало основу для новых открытий, так и нынешние исследования случайности уже в условиях реального мира могут стать основой для ее более глубокого математического изучения в будущем.