臆想图志 26-04-12 19:00
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图灵斑图是一个由英国数学家艾伦·图灵在1952年发表的论文《形态发生的化学基础》中提出的概念,用以描述自然界中的条纹和斑点等图案,如何能够从均匀一致的状态中自发、自主地产生。这种图案源于图灵不稳定性,而这种不稳定性又源于不同化学物质的扩散差异与化学反应之间的相互作用。这种不稳定性机制出乎意料,因为纯粹的扩散(如分子扩散)通常被认为会对系统产生稳定化的影响(即,导致完全混合)。

在图灵的论文中,他研究了一个包含两种可扩散物质且它们之间相互作用的系统的行为,并发现这样的系统即使从随机或近乎均匀的初始条件出发,也能够产生空间上的周期性图案。在发现这种由两种物质的扩散系数不相等导致的不稳定性机制之前,扩散效应通常被认为对系统具有稳定作用。

图灵假设,由此产生的波状图案是形态发生的化学基础。图灵斑图常常与其他图案结合出现:脊椎动物的四肢发育就是众多表现图灵斑图与互补图案(在此情形下指法国国旗模型)叠加的表型之一。

在图灵之前,雅科夫·泽尔多维奇于1944年在研究贫燃氢气火焰中观察到的蜂窝状结构时,就发现了这种不稳定性机制。泽尔多维奇将这种蜂窝状结构解释为氢气的扩散系数大于热扩散系数的结果。在燃烧学文献中,图灵不稳定性被称为扩散-热不稳定性。

发布于 四川