Ученые озадачены: материалы подчиняются «правилу четырех», но почему?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Представьте себе, что вы стоите на пороге великой тайны, скрытой в самом сердце материи. Тайны, которая бросает вызов нашим представлениям о строении мира и заставляет переосмыслить фундаментальные законы химии. Именно в такой ситуации оказались ученые, столкнувшиеся с необъяснимой закономерностью, получившей название «Правило Четырех».

Автор: Designer

Это правило, подобно загадочному шифру, проявилось в двух обширных базах данных, хранящих информацию о тысячах материалов, как реальных, так и теоретических. Оказалось, что в подавляющем большинстве случаев (около 60%) мельчайшие структурные единицы материалов — примитивные ячейки — содержат количество атомов, кратное четырем. Словно невидимая рука дирижера, таинственное правило диктует строение материи, от простых минералов до сложных органических молекул.

Первым делом ученые бросились проверять все возможные улики. Может быть, это просто ошибка в программном обеспечении, используемом для анализа структур? Или, возможно, виноват вездесущий кремний, чья способность связываться с четырьмя другими атомами известна каждому химику? Но нет, ни одно из этих предположений не выдержало проверки фактами.

Два набора данных (Materials Project (MP)11 и база данных
Два набора данных (Materials Project (MP)11 и база данных «источник» трехмерных кристаллических структур Materials Cloud (MC3D-source)) содержат непропорционально большое количество (окрашено в красный цвет) соединений с примитивной элементарной ячейкой, содержащей кратные 4 атомы. nRoF характеризует количество структур в наборах данных, которые подчиняются правилу четырех, а nnon-RoF — те, которые не подчиняются. Распределения нормализованы.
Автор: Gazzarrini, E., Cersonsky, R.K., Bercx, M. et al. The rule of four: anomalous distributions in the stoichiometries of inorganic compounds. npj Comput Mater10, 73 (2024). https://doi.org/10.1038/s41524-024-01248-z (CC-BY 4.0) Источник: www.nature.com

Тогда исследователи обратились к энергетическим характеристикам материалов, надеясь, что стабильность структур каким-то образом связана с «Правилом Четырех». Увы, и здесь их ждало разочарование. Ни связь с энергией образования, ни анализ симметрии не смогли пролить свет на загадку.

Модель регрессирует на энергию образования на атом. Три графика содержат одни и те же данные, представленные вверху с помощью плотности распределения вероятности ядра (подмножество RoF окрашено в красный цвет, а не RoF - в синий), окрашенные в соответствии с классификацией подмножества (внизу слева) и в соответствии с энергией образования на атом (внизу справа).
Модель регрессирует на энергию образования на атом. Три графика содержат одни и те же данные, представленные вверху с помощью плотности распределения вероятности ядра (подмножество RoF окрашено в красный цвет, а не RoF — в синий), окрашенные в соответствии с классификацией подмножества (внизу слева) и в соответствии с энергией образования на атом (внизу справа).
Автор: Gazzarrini, E., Cersonsky, R.K., Bercx, M. et al. The rule of four: anomalous distributions in the stoichiometries of inorganic compounds. npj Comput Mater10, 73 (2024). https://doi.org/10.1038/s41524-024-01248-z (CC-BY 4.0) Источник: www.nature.com

Неужели природа играет с нами в прятки, оставляя нам лишь набор необъяснимых фактов? Вовсе нет. Ученые, используя мощь машинного обучения, создали алгоритм, способный с высокой точностью предсказывать, будет ли материал подчиняться «Правилу Четырех». Это означает, что в структуре материалов существуют скрытые закономерности, которые пока ускользают от нашего понимания.

Подобно тому, как расшифровка Розеттского камня открыла дверь в мир древнеегипетской цивилизации, разгадка «Правила Четырех» может привести к революции в материаловедении. Представьте себе возможность создавать материалы с заданными свойствами, просто манипулируя количеством атомов в их структуре! Это открывает перед нами невероятные перспективы — от создания сверхпрочных и легких материалов до разработки новых источников энергии.

«Правило Четырех» — это не просто научный курьез, это вызов нашему интеллекту и приглашение к дальнейшему исследованию. Это напоминание о том, что мир полон тайн, ждущих своего часа, чтобы быть раскрытыми.

7 комментариев

Добавить комментарий

Eldarado
Автора уволили с РенТВ, но талант не пропьёшь…
O
Это означает, что все ячейки состоят из (деформированных) тетраэдров, а тетраэдры те взаимодействуют друг с другом как целое а не отдельными выделенными для того атомами. Хорошая анадогия — бензольное кольцо.
Fracta1L
Возможно, потому что пространство трёхмерное
А
Хаха заявка на каналы «тайны, интриги, расследования»
S
60% — это прям как с динозавром — или встретишь или не встретишь ;)
b
какие-то noname «учёные» исследовали никому не известную БД каких-то материалов.
1
А что за база данных? Какие в ней материалы и кто, где и с помощью чего атомы этих материалов пересчитывал? И что это за ячейки, внутри которых пересчитывались атомы?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Квантовые спины впервые сдвинули сантиметровый объект: как физики преодолели барьер микромира

В фундаментальной физике существует давняя граница между микромиром и макромиром. Законы квантовой механики формулировались для отдельных элементарных частиц — электронов, протонов,...

Планшет, ноутбук и холст для рисования в одном флаконе: обзор Ninkear S13 Neo на Intel N150

Тем, кто привык к интерфейсу Windows, но не всегда хочет брать с собой ноутбук, придётся по душе Ninkear S13 Neo. По виду это обычный планшет с 13-дюймовым экраном, внутри которого работает Windows...

Самое странное облако Марса нарушило земные законы физики: почему шлейф длиной 1800 км не должен существовать

Каждое утро в период марсианского лета над южным полушарием планеты возникает гигантское атмосферное явление. Над западным склоном потухшего вулкана Гора Арсия формируется узкое белое облако из...

Почему дайверы со всего мира хотят увидеть дно озера Каинды в Казахстане

Куда только не хотят попасть дайверы-экстремалы: от остатков затонувших кораблей до пещер, из которых не факт, что выйдет выплыть. Но необычные виды и острые ощущения берут верх над чувством...

✦ ИИ  DIY «сделай сам» без мастерской: 7 технических лайфхаков для ремонта, апгрейда и экономии

Большинство мелких поломок дома вовсе не требуют поездки в сервис. Часто достаточно мультиметра, набора отвёрток, паяльника и понимания того, что именно вышло из строя. Собрал несколько DIY (сделай...

✦ ИИ  The Orange Box: 10 октября 2007 года Valve выпустила сборник из пяти игр, который стал легендой

10 октября 2007 года Valve выпустила The Orange Box — необычный игровой комплект, объединивший сразу пять проектов. В одной коробке оказались Half-Life 2, два эпизода, Portal и Team...