Съгласно третия закон на Нютон, действието е равно на противодействието. Японски изследователи обаче създадоха система, в която това правило се нарушава. Над 10 000 микроскопични частици взаимодействат помежду си асиметрично, спонтанно се обединяват в двойки, движат се и се прегрупират в динамични клъстери. Това е първият експериментално управляем модел на нереципрочна многочастична физика, който обяснява как биологичните клетки или стадата от животни координират поведението си.
В обичайните пасивни системи взаимодействията са взаимни. Според третия закон на Нютон на всяко действие съответства равно по сила и противоположно по посока противодействие. По-просто казано, когато един обект въздейства със сила върху друг, вторият обект в отговор въздейства със сила, равна по величина и противоположна по посока. Изследователите от Токийския научен университет са нарушили тази симетрия, пише IE.
Физическият механизъмВ експеримента те са използвали полистиролни колоидни частици с два размера — с радиус 1 и 1,5 µm — и са ги поставили във вода между прозрачни електроди. Под въздействието на променливо електрическо поле частиците се държат по различен начин в зависимост от диаметъра си. По-големите частици привличат по-малките по-силно, отколкото обратното. Частиците, които до този момент са били неподвижни, спонтанно образуват асиметрични двойки с ясно изразена предна и задна страна и се движат като едно цяло през течността.
„Нашата система представлява експериментално контролиран пример за невъзвратима многочастична физика, в която нарушаването на симетрията между действие и противодействие поражда колективни явления“,
обясни Ютака Сумино, един от ръководителите на научната група.С увеличаването на техния брой двойките започват да се обединяват в клъстери. Тези клъстери не просто растат, както обикновено, а непрекъснато се прегрупират, разделят и събират отново. Движещите се двойки вътре в клъстерите създават постоянна динамика, която не позволява на системата да замръзне в кристална решетка.
Числено моделиране възпроизведе експерименталните резултати и показа, че несиметричното движение на двойките е минималният механизъм, необходим за поддържането на необичайната динамика на клъстерите.
Авторите отбелязват, че подобни асиметрични взаимодействия се срещат и в биологичните системи — например в клетъчните колонии или групи от животни, където отделните индивиди взаимодействат неравноправно. Освен това управляваните нереципрочни системи могат да послужат като основа за програмируеми материали и микророботи, които ще се самоорганизират и ще се движат без външно управление.