Language
Country/Area
No result found
煤炭研究的意外發現：羅莎琳德·富蘭克林如何啟動滲透理論？
在趨動力學和數學中，滲透理論描述了當節點或連結被添加時網絡的行為。這種幾何型的相變在經濟和自然科學上對於理解資源的效率取得了重要的成就。然而，這一理論的根源卻可以追溯到二十世紀中期在煤炭研究中所做的開創性工作。特別是英國化學家羅莎琳德·富蘭克林的研究不僅將重心轉向了煤的特性，而且還為後來的滲透理論鋪平了道路。
“要測量煤的真正密度，必須將其浸入足夠小的分子能填充其微觀孔隙的液體或氣體中。”
遠見於煤炭的性質
自工業革命以來，煤炭作為一種重要能源，促使許多科學研究以了解其成分並優化其使用。1938年，英國煤炭利用研究協會（BCURA）的成立，為這些研究提供了平台。在1942年，年輕的富蘭克林加入了該協會，開始進行關於煤的密度和孔隙率的研究。在她的工作中，富蘭克林發現不同的氣體在煤內部的滲透行為存在顯著差異。
“當她使用不同的氣體來測量煤的密度時，發現氣體的流動依賴於煤的微觀結構。”
這些微觀結構影響了氣體的流動性，並且這一發現突顯了煤炭作為多孔介質的特性。富蘭克林的實驗不僅是科學上的探索，也確保了重要的戰略資源在二戰期間的有效利用。
滲透理論的誕生
1950年代，中英科學研究的碰撞，為更深層的科學探討鋪平了道路。數學家西門·布羅德本特與約翰·哈默斯利在1957年發表的一篇論文中，提出了一種數學模型來描述煤炭如何應對液體流動的現象，這就是滲透理論的雛形。這一模型不僅關注了原材料特性的物理問題，還形成了其數學基礎。
“他們的模型將煤視為一個隨機迷宮，分析流體在孔隙中如何擴散。”
這些研究的核心在於尋找不同條件下流體是否能夠有效地穿過由煤孔隙組成的網絡，這一問題同時也與自然界其他物質的流動性有著密切的相關性。
計算臨界參數
隨著滲透理論的發展，研究者試圖確定臨界概率(pc)的具體數值。儘管對於大多數無限格子圖來說，這一數值無法被精確計算，但在某些情況下，例如二維方格，則可以明確確定其值為1/2。這一成果在克斯頓的研究中得以解決，為滲透理論的應用提供了更為堅實的基礎。
滲透理論的普遍性及其應用
滲透理論的普遍性意味著在不同的系統中，關鍵指數可以數值相同，即使這些系統的具體網絡結構各不相同。這一特性使得滲透理論在生物學、物理學以及生態學等領域都得到廣泛應用。例如，該理論成功預測了生物病毒殼的碎片化行為，與常見的Jenga遊戲有著異曲同工之妙。
“滲透理論在生物病毒殼的碎片化研究中，預測了變異阈值的出現，並得到了實驗驗證。”
思考未來的研究方向
如今，滲透理論已不僅限於材料科學，還在環境科學及生物醫學等領域顯示出其重要性。然而，隨著科學的進步，我們如何能夠更深入地理解這些隱含於自然界中的複雜結構？
這是一個值得我們深思的問題？
