Schrödingervergelijking: wormen en kwantumobjecten hebben meer gemeen dan verwacht
Als we de voortbeweging van wormen in wiskundige termen beschrijven, worden parallellen met de wereld van de allerkleinsten duidelijk. Gedragen de kronkelende dieren zich dan als kwantumobjecten?
Wat hebben wormen, alen, slangen en miljoenpoten gemeen? Ze bewegen op een golvende manier. Het patroon dat door hun lichaam loopt als ze over de grond kronkelen, is tot op zekere hoogte een weerspiegeling van de onderliggende biochemische en neuronale prikkelpulsen. Maar wat verbazingwekkend is, is dat als de voortbeweging van de dieren wiskundig wordt weergegeven, er opmerkelijke parallellen ontstaan met de Schrödingervergelijking, die het gedrag van objecten in de wereld van de allerkleinsten beschrijft. Alexander Cohen van het Massachusetts Institute of Technology en zijn collega's rapporteren hierover in het huidige nummer van het wetenschappelijke tijdschrift "Physical Review Letters".
Het team analyseerde video-opnamen van nematoden van de soort Caenorhabditis elegans, westelijke woelmuisslangen (Chionactis occipitalis), gewone steenkatten (Lithobius forficatus) en biologisch geïnspireerde slangenrobots. Ze identificeerden specifieke bewegingspatronen en ontwikkelden vervolgens een eenvoudige methode voor het classificeren van bewegingen, zodat ze elke kronkel konden opsplitsen in een reeks eenvoudigere bouwstenen. Toen de onderzoekers uiteindelijk de algemene vergelijking samenstelden, realiseerden ze zich dat deze verrassend bekend leek: ze leek erg op de beroemde Schrödingervergelijking, die de temporele verandering van de kwantummechanische toestand van een fysiek systeem formuleert.
"Bij het karakteriseren van kwantumobjecten geven de eigenwaarden van de Hamilton operator het bijbehorende energiespectrum," schrijven de auteurs. "In ons geval levert dit een efficiënte classificatie op van de voortbewegingsdynamica van wormen en slangen." Dit kan worden gebruikt om de beweging te beschrijven van elk dun dier dat in golven beweegt. Met andere woorden, op dezelfde manier als de toestand van een kwantumobject voortkomt uit de onderliggende eigenwaarden, komt de beweging van een kronkelend dier voort uit de bouwstenen die het team van Cohen heeft geïdentificeerd.
De wiskundige gelijkenis van de vergelijkingssystemen betekent natuurlijk niet dat kronkelende dieren zich gedragen als kwantumobjecten. Een deel van de gelijkenis is te wijten aan de geometrie van de onderzochte dieren, zei Alasdair Hastewell, wiskundige en co-auteur tegen "New Scientist". "Ze hebben een eindige lengte en een hoge mate van symmetrie - net als sommige meer abstracte kwantumtoestanden." Het voordeel van de bevinding is dat men nu gebruik kan maken van de uitgebreide gereedschapskist van de kwantumfysica om de voortbeweging van levende dieren te karakteriseren en te voorspellen. Dit zou mogelijk de ontwikkeling van biomimetische robotsystemen kunnen vergemakkelijken.
Spectrum van de wetenschap
Wij zijn partner van Spektrum der Wissenschaft en willen gefundeerde informatie toegankelijker voor je maken. Volg Spektrum der Wissenschaft als je de artikelen leuk vindt.
[[small:]]
Coverafbeelding: Shutterstock / D. Kucharski K. Kucharska
Deskundigen uit wetenschap en onderzoek doen verslag van de huidige bevindingen op hun gebied - deskundig, authentiek en begrijpelijk.
Van de nieuwe iPhone tot de wederopstanding van de mode uit de jaren 80. De redactie categoriseert.
Alles tonen