Složený list papíru si zachová značku přeložení. I když to narovnáte, tento příběh zůstane. Toto je základní příklad hmotné paměti. Mikrostruktury obsahují informace o tom, jak byly stlačeny, nataženy nebo smíchány.
Nejde jen o fyzickou kuriozitu. Pochopení toho, jak se tyto „stopy“ tvoří, by mohlo změnit způsob, jakým vytváříme materiály, které reagují na životní prostředí. Může také sloužit jako fyzikální model pro neurovědy. Jak krátkodobá paměť nahrazuje dlouhodobou paměť? Zdá se, že doslovnou odpovědí na tuto otázku je suspenze částic ve viskózní tekutině.
Výzkumníci z University of Pennsylvania zjistili, že dvě konkurenční paměti mohou koexistovat v jednoduchých zavěšeních. Bojují mezi sebou, ovlivňují se a někdy jeden druhého úplně zničí.
Když se vzpomínky střetnou
Těžištěm výzkumu jsou nebrownovské suspenze. Představte si čokoládový sirup nebo mokrý beton. Velké částice plavou ve viskózní kapalině. Jsou příliš těžké pro Brownův pohyb – stejné vibrace způsobené tepelnou energií. Místo toho je jejich pohyb určován vnějšími silami: mícháním nebo třepáním.
Již dříve bylo prokázáno, že tyto směsi uchovávají určité informace. Shuffling zanechává směrovou paměťovou stopu. Houpání dopředu a dozadu fixuje amplitudu, tedy sílu tohoto pohybu. Až dosud byla každá z těchto „vzpomínek“ studována izolovaně.
Surendra Padomata, vedoucí postgraduální student projektu, to říká bez obalu: “Když uložíte soubor do počítače, nová data neovlivní jiné soubory, které tam již jsou. Ale v neurovědě víme, že dlouhodobá paměť se může v průběhu času měnit.”
Vezměme si knihu, kterou jsem četl jako teenager. Pak to vypadá jednoduše. Pokud si ji ale přečtete o desítky let později, kdy vám život zkomplikoval pohled na svět, vrstvy významu se změní. Nové krátkodobé zkušenosti přepisují interpretaci starých dat.
Tým chtěl zjistit, zda se hmota chová stejně. Může si materiál pamatovat, kde byl zatlačen a jak tvrdě? A co se stane, když se tyto vzpomínky střetnou?
Vymazání minulosti
Odpověď spočívá v intenzitě dopadu.
V experimentech publikovaných v Physical Review Letters (a uvedených jako redakční doporučení) vědci nejprve suspenzi promíchali. Tím byla zachycena směrová stopa. Poté začali směs protřepávat při různé intenzitě.
Lehké zakolísání umožnilo oběma „vzpomínkám“ přežít. Suspenze si pamatovala počáteční míchání a mírné vibrace.
Co když ale pohyb zintenzivníme? Doslova.
Jak houpání zesílilo, řízená vzpomínka začala mizet. Nejen zeslabla, ale zmizela. Na určitém prahu nový pohyb zcela vymazal předchozí stopu a vrátil zavěšení do dokonale symetrického, prázdného stavu.
“Za tímto prahem začne vrtění samotné zapisovat novou směrovou paměť,” poznamenal Padomata. Stará stopa zmizela, převzala ji nová.
Proč vzniká konkurence
Proč jedna paměť maže druhou? Tým nabízí jednoduché mechanické vysvětlení: kontaktní frekvence.
Když je kolísání jemné, částice do sebe nenarážejí tak často, aby narušily stávající strukturu. Obě paměti jsou zachovány.
Silné otřesy však způsobují časté a prudké srážky částic. Částice míchají konfiguraci příliš rychle na to, aby udržela starou směrovou historii. Systém je resetován.
Toto omezení kapacity paměti může být univerzální. Projevuje se nejen v kapalinách. Nathan Keim, odborný asistent a vedoucí skupiny, poznamenává, že podobné směrové a amplitudové „vzpomínky“ se nacházejí v měkkých brýlích a granulovaných médiích. Tyto materiály mají zcela odlišnou mikroskopickou fyziku. Toto omezení však sdílejí.
Zdá se, že neuspořádaná hmota má omezený „kartotéka“. Neumí seřadit nekonečné množství konkurenčních vstupů.
Mimo laboratoř
Důsledky těchto objevů sahají daleko za hranice fyzikálních časopisů.
Keim naznačuje, že tato zjištění mohou modelovat biologickou paměť. Nebo možná geofyzik. Představte si kameny, které si uchovávají „vzpomínku“ na minulé teplotní výkyvy nebo vibrace. Mohou tyto vnitřní stopy předpovědět riziko zemětřesení? Zhroutí se propadový kras?
Pokud si kameny pamatují, možná tuto nebezpečnou vzpomínku vymažeme. Můžeme najít způsoby, jak zmírnit stres snížením geologického rizika nebo vytvořením přesnějších předpovědních modelů pro oblasti náchylné ke katastrofám.
Tento výzkum tvrdohlavosti hmoty sponzoroval finanční program Frontier Science of the Human Frontier. Výsledky jsou strohé. Paměť ve hmotě není statický archiv. Toto je bojiště.
A někdy vyhrává ten nejhlasitější hlas.
