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

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

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

Обзор Greenworks DD560: проверяю его там, где обычному шуруповерту уже тяжело

Greenworks DD560 — компактная аккумуляторная дрель-шуруповерт с бесщеточным двигателем, крутящим моментом до 60 Нм и системой Anti-kickback. Модель рассчитана на сверление, работу с...

Почему новые телевизоры не показывают два канала одновременно и при чем тут форма экрана

Почему на новых телевизорах пропало разделение экрана пополам? Объясняю, как геометрия и защита контента поставили крест на любимой функции старых плазм.

Шпиль внутри небоскрёба: как вершину Chrysler Building подняли из самого здания

Осенью 1929 года прохожий, смотревший на строящийся Chrysler Building с Лексингтон-авеню, мог решить, что его высота уже почти понятна. Стальной каркас поднялся над Манхэттеном, ступенчатая корона...

Зачем на пульте телевизора четыре цветные кнопки и почему они часто ничего не делают

На телевизионном пульте почти всё понятно без инструкции. Цифры переключают каналы, качелька меняет громкость, кнопка с домиком открывает главное меню. Но рядом встречается загадочная четвёрка:...

Крок-месье: как горячий бутерброд с ветчиной и сыром стал классикой парижских кафе

Крок-месье не похож на блюдо, которому нужна легенда. Два ломтика хлеба, ветчина, сыр, жар — конструкция почти вызывающе проста. Но именно такие вещи иногда лучше всего приживаются в...