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 «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).
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

Время можно отмотать назад: физики доказали, что квантовой необратимостью можно управлять

У фундаментальных законов физики, описывающих устройство нашей Вселенной, есть интересное свойство: они симметричны по отношению ко времени. Уравнения классической механики, электродинамики и даже...

Ошибка «Марсианина»: почему колонисты не смогут сажать картофель и чем они будут питаться на самом деле

Отправка пилотируемой миссии на Марс, которая планируется ведущими космическими агентствами уже в следующем десятилетии, открывает перед инженерами проблему обеспечения экипажа продовольствием....

Десять лет назад вышел первый по-настоящему народный Айфон — iPhone SE: почему он стал настолько популярным

Принято считать, что первым «народным» Айфоном был вышедший в 2013 году iPhone 5C — по сути, iPhone 5 в пластиковом корпусе. Однако аппарат получился не таким доступным, как ожидалось...

Подземные города Каппадокии: как и, главное, зачем люди жили без солнца

Даже само название Каппадокии, области в современной Турции навевает ассоциации с мифическими местами из древних преданий или хотя бы королевством в серии книг фэнтези жанра. На деле у...

Bluetooth: история стандарта беспроводной связи

Большинство пользователей воспринимает Bluetooth как повседневный сервисный протокол для подключения периферии, не задумываясь о его происхождении. Однако за привычной синей иконкой в строке...

Все на Бали, а я на диване: как соцсети заставляют нас чувствовать себя неудачниками

Продолжаем прокачивать свои знания в области ментальных ловушек. Сегодня поговорим о синдроме упущенной выгоды, который стал главной психологической эпидемией XXI века.