Ένα παχύρρευστο υγρό με μικροσκοπικά σωματίδια μπορεί να «θυμάται» τον τρόπο με τον οποίο κινήθηκε στο παρελθόν, αποθηκεύοντας ταυτόχρονα διαφορετικές πληροφορίες και επιτρέποντας στις αναμνήσεις αυτές να αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.
Η ανακάλυψη ερευνητών του Πολιτειακού Πανεπιστημίου της Πενσιλβάνιας δείχνει ότι ένα απλό μείγμα σωματιδίων μέσα σε ένα παχύρρευστο υγρό μπορεί να διατηρεί δύο διαφορετικούς τύπους μνήμης, οι οποίοι όχι μόνο συνυπάρχουν αλλά και ανταγωνίζονται μεταξύ τους.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό «Physical Review Letters».
Το υλικό «θυμάται» τις κινήσεις του
Οι ερευνητές μελέτησαν ένα μείγμα παρόμοιο με σιρόπι σοκολάτας ή φρέσκο σκυρόδεμα. Πρόκειται για ένα παχύρρευστο υγρό μέσα στο οποίο αιωρούνται σχετικά μεγάλα σωματίδια.
Τα σωματίδια είναι αρκετά μεγάλα ώστε να μην επηρεάζονται σημαντικά από τη λεγόμενη κίνηση Μπράουν, δηλαδή την τυχαία κίνηση που προκαλείται από τη θερμική ενέργεια των ατόμων.
Έτσι, οι κινήσεις των σωματιδίων καθορίζονται κυρίως από τις κινήσεις που προκαλούν οι ερευνητές. Αρχικά, η ομάδα ανακάτευε το μείγμα προς μια συγκεκριμένη κατεύθυνση. Το υλικό μπορούσε στη συνέχεια να διατηρήσει αυτή την «ανάμνηση».
Όταν οι ερευνητές άρχισαν να το ταλαντώνουν μπρος και πίσω, το μείγμα αποθήκευε και μια δεύτερη πληροφορία: το πόσο έντονα είχε ταλαντωθεί. Με αυτόν τον τρόπο, το ίδιο υλικό μπορούσε να «θυμάται» τόσο την κατεύθυνση της ανάδευσης όσο και το εύρος της ταλάντωσης.
Δύο αναμνήσεις που ανταγωνίζονται
Σε χαμηλές εντάσεις ταλάντωσης, οι δύο αναμνήσεις μπορούσαν να συνυπάρχουν.
Το υλικό διατηρούσε τόσο τη μνήμη της κατεύθυνσης προς την οποία είχε αναδευτεί όσο και τη μνήμη της έντασης με την οποία είχε ταλαντωθεί.
Όσο όμως η ένταση της ταλάντωσης αυξανόταν, η πρώτη μνήμη άρχιζε να εξασθενεί.
«Σε ένα συγκεκριμένο όριο έντασης, η ταλάντωση έσβησε εντελώς κάθε μνήμη της κατεύθυνσης στο αιώρημα, επαναφέροντάς το σε μια απόλυτα συμμετρική κατάσταση», εξήγησε ο Σουρέντρα Πανταμάτα, επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης.
Πέρα όμως από αυτό το όριο, συνέβαινε κάτι ακόμη πιο ενδιαφέρον. Η ίδια η έντονη ταλάντωση μπορούσε να δημιουργήσει μια νέα μνήμη κατεύθυνσης μέσα στο υλικό. Με άλλα λόγια, μια κίνηση μπορούσε αρχικά να διαγράψει μια προηγούμενη «ανάμνηση» και στη συνέχεια να γράψει μια νέα.
Ένα υλικό που θυμίζει τον ανθρώπινο εγκέφαλο
Οι ερευνητές εμπνεύστηκαν από τον τρόπο με τον οποίο λειτουργούν οι ανθρώπινες αναμνήσεις.
Σε έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή, η αποθήκευση ενός νέου αρχείου δεν αλλάζει συνήθως τα παλαιότερα αρχεία. Στον εγκέφαλο, όμως, οι αναμνήσεις δεν λειτουργούν πάντα ανεξάρτητα. Νέες εμπειρίες μπορούν να επηρεάσουν τον τρόπο με τον οποίο θυμόμαστε παλαιότερα γεγονότα.
Οι επιστήμονες θέλησαν να εξετάσουν αν ένα παρόμοιο φαινόμενο θα μπορούσε να εμφανίζεται και σε ένα απλό υλικό.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι διαφορετικές μορφές μνήμης μπορούν να συνυπάρχουν στο ίδιο φυσικό σύστημα, να επηρεάζουν η μία την άλλη και τελικά να ανταγωνίζονται.
Πιθανές εφαρμογές στην πρόβλεψη σεισμών
Η μελέτη μπορεί να έχει ενδιαφέρον και πέρα από τη φυσική των υλικών.
Οι ερευνητές εξετάζουν αν παρόμοιες διαδικασίες θα μπορούσαν να βοηθήσουν στην κατανόηση βιολογικών συστημάτων, αλλά και γεωφυσικών φαινομένων.
Μεταβολές στη θερμοκρασία και οι δονήσεις μπορούν να αφήσουν «μνήμες» σε πετρώματα και γεωλογικά υλικά.
Αυτές οι αλλαγές μπορεί να επηρεάζουν τον κίνδυνο σεισμών ή κατολισθήσεων.
«Ίσως είναι δυνατό να βρεθεί κάποιος τρόπος να σβήσουμε αυτές τις μνήμες και να μειώσουμε τον κίνδυνο ή να δημιουργήσουμε καλύτερα μοντέλα πρόβλεψης», δήλωσε ο Πανταμάτα.
Μια γενικότερη αρχή για τα άτακτα υλικά
Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι η αλληλεπίδραση μεταξύ διαφορετικών μορφών μνήμης μπορεί να αποτελεί ένα γενικό χαρακτηριστικό των άτακτων υλικών.
Παρόμοιοι συνδυασμοί μνήμης κατεύθυνσης και μνήμης έντασης έχουν παρατηρηθεί σε μαλακά γυαλώδη υλικά και σε συστήματα κοκκωδών υλικών, τα οποία διαθέτουν διαφορετικές μικροσκοπικές ιδιότητες.
Αυτό υποδηλώνει ότι μπορεί να υπάρχει ένας ευρύτερος κανόνας που εξηγεί πώς τα άτακτα υλικά αποθηκεύουν πληροφορίες και γιατί η ικανότητά τους να «θυμούνται» έχει όρια.
Ένα υλικό που μοιάζει με σιρόπι σοκολάτας μπορεί έτσι να προσφέρει στους επιστήμονες ένα απλό αλλά ιδιαίτερα ενδιαφέρον μοντέλο για τη μελέτη της μνήμης, της αλληλεπίδρασης μεταξύ διαφορετικών αναμνήσεων και του τρόπου με τον οποίο το παρελθόν μπορεί να επηρεάζει τη συμπεριφορά ενός υλικού στο μέλλον.