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

Почему у 20-литровой металлической канистры именно три ручки и почему её конструкция была засекречена до последнего

В обычной металлической канистре для топлива объёмом 20 литров есть деталь, которая до сих пор вызывает удивление у тех, кто впервые её замечает. На ней три ручки, расположенные рядом на верхней...

Почему болгарский перец на самом деле не болгарский (еще и не перец)

Казалось бы, простой вопрос — если перец называется болгарским, значит его родина — Болгария. Но на самом деле нет. Оказывается, за привычным названием скрывается...

Как раскачивался мост Tacoma Narrows и почему он разрушился

Утром 7 ноября 1940 года над проливом Такома дул сильный, но не ураганный ветер. Через несколько часов один из самых современных подвесных мостов США превратился в конструкцию, которая на...

Как хранить чеснок зимой, чтобы он не сгнил и не высох: 7 ошибок, которые губят урожай

Вырастить хороший чеснок — только половина дела. Самое интересное начинается после уборки: одни головки спокойно лежат до весны, сохраняя плотные зубчики и аромат, а другие уже через...

Зачем советскому бобиннику «Олимп-005С» понадобились три микропроцессора

На панели классического катушечного магнитофона привычно видеть переключатели дорожек, регуляторы уровня записи и стрелочные индикаторы. Однако в 1986 году Кировское...

Третье массовое вымирание: как жизнь на Земле пережила величайшую катастрофу в своей истории

Третье, пермско-триасовое вымирание стало величайшей катастрофой для живых организмов в истории Земли. Почему исчезли до 94% морских видов и 70% наземных.