以相反方向旋转的圆盘的分层行为可以用湍流效应来解释

喝过加牛奶咖啡的人都知道，将液体混合在一起比将它们分开要容易得多。事实上，热力学第二定律似乎表明，如果相似粒子之间没有吸引力，混合物将永远无法再次分离。然而，东京大学工业科学研究所的研究人员展示了一种机制，即使在粒子之间没有吸引力的情况下，流体中活跃旋转的粒子(例如细菌)的混合物也可以在称为相分离的过程中进行自我分类。

在最近发表在《通信物理学》上的一项研究中，东京大学工业科学研究所的研究人员表明，仅通过自生流引起的两组反向旋转磁盘的分层行为可以用湍流来解释效果。

有时混合液体可以在相分离过程中自发地“分解”，例如油和水。虽然对没有外部能量输入的系统进行了很长时间的研究，但对所谓的活性物质(如细菌或藻类等粒子消耗能量自主移动)的情况仍然知之甚少。

现在，东京大学的一组研究人员创建了一个计算机模拟，在流体中以相反方向旋转的磁盘混合物来阐明这种现象。细菌或其他活生物体在一条直线上导致混合物自发分离的主动运动已被称为“运动诱导的相分离”。然而，主动运动可以包括旋转和平移，但自旋转粒子的组织研究较少。

该研究的第一作者 Bhadra Hrishikesh 说：“在考虑自组织定律时，活性物质充当了生物世界和物理世界之间的桥梁。” 研究人员发现，在自旋粒子的情况下，相分离直接从混沌状态产生最大的结构。这与普通的相分离形成对比，在普通的相分离中，相分离区域会随着时间逐渐增长，就像我们在沙拉酱中看到的那样。

“众所周知，即使没有流体，反向旋转圆盘的混合物也可以进行相分离。我们有兴趣比较我们的系统——其中粒子之间唯一的相互作用是由流体携带的——与没有这些相互作用的类似驱动系统， ”资深作者 Hajime Tanaka 说。

研究人员发现，磁盘突然相分离为顺时针和逆时针集合区域是由于非线性湍流效应。这项研究可能会导致更好地理解生物体的运动，从而更好地理解生命系统的自发组织。

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