اثر لایدن فراست

اجاق های خوارک پزی که با برق کار می کنند معمولن به آهستگی سرد یا گرم می شوند. بارها به همین دلیل پیش آمده که ظرف پلاستیکی ای را بسوزانم و یا دست خودم را! مشکل عمده ی  من اما درست کردن برنج آب کش هست: دمای صفحه ی اجاق (که برنج با آب روی آن جوشیده) برای دم کشیدن برنج خیلی بالاست و طول می کشد تا خنک شود. گاهی با چند قطره آب سرد کمی سطح را خنک می کنم. این کار اگرچه خطرناک هست اما از طرفی خیلی جذاب هم هست. چطور؟  چون وقتی قطرات آب با سطح داغ اجاق برخورد می کنند  به طور غیر عادی و زیبایی شروع می کنند به غلت زدن روی سطح اجاق! به این پدیده اثر لایدن فراست می گویند. در واقع قطره های آب در برخورد با سطح داغ به سرعت بخار می شوندو یک لایه ی بخار دور آنها را می گیرد. این لایه به قطره ی آب اجازه می دهد که به راحتی روی صفحه ی اجاق بلغزد! و چون هدایت حرارتی لایه بخار بسیار کم است قطره آب به راحتی بخار نمی شود.

اگرچه این پدیده سرد شدن اجاق را کند می کند اما اتفاق بامزه ایست. گروه میث بایسترز مثال جالبی از این پدیده نشان داده اند (ویدیو زیر)  به این ترتیب که اگر یک فرد دست مرطوب اش را درون سرب مذاب فروببرد برای یک زمان کوتاه از آسیب دیدگی مصون خواهد بود. البته این کار دیگر خیلی خطرناکه برای امتحان کردن!

Sean Carroll: Distant time and the hint of a multiverse

شاخص برازش یا h-index

دوباره وقت شد که یک چیزی اینجا بنویسم (:. این بار هم مربوط به نوشته ی قبلی ام درباره ی دنیای علم هست.

شاید در مورد شاخص های مقاله ها، نشریه های علمی و همینطور اشخاص (یعنی پژوهش گر ها) شنیده باشید. برای نشریه های علمی، عددی هست به نام impact factor، که من به «ضریب تاثیر گذاری» ترجمه می کنم، که هرچه بالاتر باشه به معنی این هست که نوشته های اون نشریه مورد استناد بیشتری قرار گرفته و به عبارتی نفوذ بیشتری در جامعه ی علمی مربوط به خودش داره. این عدد اگرچه معیار دقیقی نیست (چون متاثر از عوامل زیادی هست) اما تقریبی از کیفیت و اهمیت نشریه به دست می ده.

برای مقاله ها (یا کتاب ها) بهترین شاخص، تعداد ارجاع های به اون مقاله هست؛ citation. و به نظر من شاخص خوب و مناسبی هست. حتا این ارجاع ها می تونه زنجیره ای دنبال بشه و ارزش مقاله را بیشتر آشکار کنه. منظورم از زنجیره ای، نقش یک مقاله در گرافی هست که اون را به دیگر نوشته ها به صورت رشته ای وصل می کنه. وبگاه http://isiknowledge.com مرجع خوبی برای این جور بررسی ها هست.

در مورد اشخاص هم تعداد مقاله هایی که نوشته اند اولین چیزی هست که به چشم می آد. اما برای درک عمیق تر، تعداد ارجاع ها به مقاله های اونها خیلی مهم تر هست. برای اینکه موضوع شفاف تر بشه یه شاخص دیگر هم تعریف شده به نام h-index (من بهش می گم شاخص برازش) که تعریف اش هست: حداکثر تعداد مقاله هایی (عدد آ) که هرکدام حداقل همون تعداد (آ) مورد ارجاع قرار گرفته اند. یعنی اگه کسی ده تا مقاله داره و سه تا از اونها هرکدوم سه بار یا بیشتر مورد ارجاع قرار گفته باشند، شاخص برازش اون نویسنده می شه سه. هرچند دقیق به نظر نمی رسه اما به طور نسبی نوشته های ارزشمند را در رزومه یک فرد به خوبی غربال می کنه. به علاوه به نظرم تعریف اش جالبه. (جای فکر کردن و بازی کردن داره (:)

همه ی این ها رو که کنار بگذاریم یه پژوهش گر  حرفه ای معمولن کَمَکی عمیق تر نگاه می کنه و مقاله ی خوب و پژوهش گر به اصطلاح کار-درست را به روش های خودش پیدا می کنه. البته چون گاهی برخوردها سلیقه ای هست انتشار و به دنبال اش این اطلاعات آماری که در بالا نام بردم باعث می شه کار محکی بخورده و بارخورده اش دیده بشه. اما همیشه هم اینطور راست و درست نیست. برای مثال من مقاله ای هم دیده ام که از بن اشتباه باشه و سی و هشت بار هم مورد ارجاع قرار گرفته باشه (در رشته ی من سی و هشت عدد قابل توجه ای هست). اشتباه البته عمدی نبوده (من با نویسنده اش صحبت کردم و او اصلن نمی دونست اشتباه کرده). متاسفانه هزینه ی چنین نوشته ای خیلی زیاده، چون ممکنه انگیزه ی پژوهش های نادرست زیادی شده باشه. این من را یاد خاطره ای می اندازه که فاینمن تعریف کرده:

میلیکان برای اولین بار شارژ الکتریکی یک الکترون را بر اساس آزمایش فروافتادن یک قطره روغن اندازه  گیری کرد و عددی به دست آورد که امروز ما می دانیم این عدد نادرست هست. دلیل خطای اندازه گیری او این بود که، مقداری را که برای گرانروی (ویسکوزیته) هوا در نظر گرفته بود، غلط بود. به نظر جالب خواهد آمد تا به تاریخ آزمایش هایی که پس از کار میلیکان برای اندازه گیری بار الکتریکی یک الکترون انجام شده اند نگاهی بیانداریم: اگر نمودار مقادیر اندازه گیری شده را نسبت به تاریخ آنها رسم کنیم. متوجه می شویم که در طول زمان هریکی کمی بزرگتر از قبلی هست اند و کم کم به سمت مقدار درست آن سیر می کنند.

چرا مقدار صحیح در اولین اندازه گیری های پس از میلیکان به دست نیامد؟ این جریان چیزی است که پژوهش گران از بیان آن شرم دارند، چون ظاهرن قضیه از این قرار بوده که آزمایشگران وقتی به یک نتیجه خیلی بزرگتر از نتیجه ی میلیکان دست می یافتند با خود فکر می کردند که «حتمن این محاسبه اشتباه هست» و آنها می بایست به دنبال اشتباه شان بگردند و دلیلی برای آن «اشتباه» پیدا کنند. و درست برعکس وقتی به نتیجه ای نزدیک به آنچه میلیکان گزارش کرده بود می رسیدند دیگر چندان وسواسی به خرج نمی دادند! و به این ترتیب مقدار واقعی مدت ها مخفی ماند.

می بینید که دانش دنیای پیچیده ای داره. اما به هرحال هنوز به نظرم بازار علم بازار پاکیزه تری (در مقایسه با دیگر جاها مثل صنعت و دلالی و سیاست و دین و ..) هست. کَمَکی البته..

چگونه مرزهای علم جابه جا می شوند؟

پرده اول:

[امروز عصر توی اینترنت]

داستان از این قرار هست که چند ده سال پیش (1930 میلادی)  یک بنده خدایی ادعا کرد که یک سیاره ی نو، یک جایی نزدیک نپتون، کشف کرده؛ که اسم اش را گذاشتند پلوتو (پلوتون). پیش بینی شد که جرم این سیاره به اندازه زمین باشه، و این براساس پیش فرضی بود که  نیروی گرانشی پلوتو (با جرم به اندازه ی زمین) انحرافی که در مدار نپتون مشاهده شده بود را توضیح می داد. از آن روز همه دست به کار شدند که جرم پلوتو را اندازه گیری کنند. اما مشاهدات هرچه پیش می رفت سیاره داشت کوچک تر می شد. تا جایی که حتا با برون یابی پیش بینی کردند کی ناپدید خواهد شد. خلاصه این مساله حل نشد تا 1970، که مشخص شد پلوتو چیزی حدود هفده درصد ماه جرم داره و خیلی کوچک تر از زمین هست. بعد از این خبر دوباره دانشمندان دست به کار شدند نشون دادن که بله، اصلن مدار نپتون ایرادی نداشته که بخواد گرانش پلوتو توضیح  اش بده (1994). خلاصه همه سر کار بودند. و نهایتن اسم پلوتو از لیست سیارات هم حذف شد چون واجد شرایط شناخته نشد. این خلاصه ای بود که من از مقاله ی معرفی کتاب در اینجا نوشتم.

حالا یک بار دیگه برگردیم به داستان تا شاید به سوالی که در عنوان این نوشته آوردم جواب بدهیم. دو تا مشاهده ی ابتدایی داریم؛

آ) یک سیاره آنور نپتون دیده شده،

ب) در مدار نپتون ایرادی هست.

از این دو مشاهده پیش بینی شد که؛

پ) جرم سیاره ی تازه دیده شده اندازه زمین هست.

برای آزمایش پیش بینی بالا سی سال رصد و تحلیل انجام شد که نشان دادند جرم پلوتو آنقدرها نیست و تغییرات در روند مشاهدات طوری بود که بنابر آن نتیجه گرفتند:

ت) پلوتو داره آب می ره.

بعد دوباره یک مشاهده دقیق نشان داد که نه آقا جان:

ث) پلوتو خیلی کوچک هست. (پ و ت نقض شدند)

بعد یه سری دیگه گفتند پس مدار نپتون چی؟ که فهمیدند:

ج) انحرافی در مدار نپتون نیست که! (ب نقض شد)

و در نهایت معلوم شد که

چ) اصلن سیاره ای در کار نبوده! (آ نقض شد)

پرده ی دوم:

[فلش بک- امروز ظهر سالن غذاخوری دانشگاه]

یکی از بچه های مکانیک [با اعتماد به نفس]: [...] راست اش من هنوز درگیر حل آنالیتیک مساله اشل بای* برای فصل مشترک نفوذی هستم. دیروز متوجه شدم که روش قبلی درست نبود ...

استاد من [ابروهاش را بالا برد و نفس اش را داد بیرون]: خوب ... بعضی ها سودوکو حل می کنند، بعضی ها هم از این مسایل.

* Eshelby

سیستم بین المللی واحدهای اندازه گیری

اکتبری که گذشت The International System of Units، SI یا همون سیستم بین المللی واحدهای اندازه گیری پنجاه ساله شد. این سیستم شامل هفت واحد پایه ی اندازه گیری هست: متر (طول)، کیلوگرم (جرم)، ثانیه (زمان)، آمپر (جریان الکتریکی)، کلوین (دمای ترمودینامیکی)، کندلا (شدت روشنایی) و مول (مقدار ماده). البته این سیستم به جزییات زیادی در مورد چگونگی به کار گیری و ترکیب واحدها و پیشوند نام ها و غیره هم می پردازد که شاید برای پژوهشگرها خالی از لطف هم نباشه. احتمالن می دونین که هدف اصلی از این کار این بوده که واحدها مستقل از اشیا و قابل باز-اندازه گیری در شرایط مشابه فیزیکی باشند. اگر به تعریف واحدهای امروزی نگاه کنید متوجه می شوید که با ثوابت جهانی طبیعی مثل سرعت نور در خلا مربوط هستند که یعنی ثبات و دقت مطلوبی به دست می دهند. البته دلیل دیگرش هم اشتباهات و پیچیده گی های محاسباتی بوده که به خاطر تبدیل واحدها وجود داشته است.

شاید درباره ی سقوط فضاپیمای مریخ در سال 1999 شنیده باشید که به نظرم بهترین مثال برای نشان دادن اهمیت یکسان سازی واحدهای اندازه گیری فیزیکی هست. داستان از این قراره که دستگاه اندازه گیری سرعت دورانی این فضاپیما توسط یک برنامه ی کامپیوتری اندازه گیری می شد که واحد نیرو را بر اساس پوند-نیرو (نیروی جاذبه موثر بر یک پوند) محاسبه می کرد. در صورتی دستگاه کنترل، نتایج این محاسبات را در واحد نیوتون فرض می کرد و در نتیجه خطایی از مرتبه ی حدودن چهار و نیم برابر وجود داشت (هر نیوتون حدود چهارونیم پوند-نیرو هست) که باعث شد فضاپیما وارد جو غلیظ تری از مقدار پیش بینی شده بشه و بر اثر اصطکاک از بین برود. این خطای انسانی حدود 125 میلیون دلار برای ناسا هزینه داشت. جالب تر اینجاست که آمریکا تنها کشور برجسته ای هست که واحدهای اندازه گیری بین اللملی را هنوز به رسمیت نشناخته است.

توضیح: توی گوگل چندجایی مطلب مربوط به فضاپیما را به فارسی دیدم اش، اما اول اینکه کامل نبود و دوم اینکه خالی از لطف نبود نوشتن اش.

پی نوشت: شاید دقت کرده باشید که عبارت SI مخفف اسم The International System of Units نیست. این به خاطر اونه که این عبارت مخفف اسم فرانسوی ای هست که برای اولین بار در واقع برای این سیستم به کار رفت.

پاییزها زمین هم مست می شود

پاییز است، برگ ها به سرعت می ریزند --لااقل اینجا پشت پنجره ی اتاق من-- و من حظی می برم از تماشا، اونقدر که گیج بزنم؛ انگار که زمین هم شتاب گرفته و با سرعت بیشتری به دور خودش می گردد.
البته این فقط حس و حال من نیست. در واقع، در پاییز که برگ درخت ها می ریزند مقدار قابل توجهی جرم در راستای شعاع زمین جابه جا می شود که ممکنه سرعت دورانی زمین را زیاد کنه.  اما در بهار دقیقن به عکس درخت ها همین جرم را در دوباره به شاخه ها و برگ ها می برند و سرعت کاهش می یابد. درست مثل وقتی که دست هاتون را در حال چرخیدن باز کنید.

نظریه ی زیاد استواری به نظر نمی رسه --یادمه جایی خواندم که برای توضیح مستی زمین پیشنهاد شده بود اما چندان جدی گرفته نشد، اما سرگیجه ی من رو به خوبی توجیه می کنه : ).

پی نوشت توضیحی: یادم نیست کجا این مطلب را خوندم. منبعی براش ندارم.

پی نوشت توجیهی: جایی که زمین مست هست و تلوتلو می خوره، آدمی جای خودشو داره.

50 سال در فضا

روی منبع کلیک کنید و عکس را در اندازه ی واقعی ببینید.

سیستم های ذخیره سازی اطلاعات پنج بعدی

یک خبر خیلی جالب خوندم که برای ذخیره سازی اطلاعات از نانوسیم های طلا استفاده شده. نانوسیم یعنی یک تکه سیم در ابعاد کمتر از 100 نانومتری (کمتر از یک به ده میلیونیم متر). فیزیک خاص این ابعاد ترکیبی از فیزیک کلاسیک و کوانتوم هست.

در مقاله ای که خواندم، توضیح داده شده است که چگونه با تاباندن نور ردیف های نانوسیم های طلا را به طور کنترل شده ذوب کرده و تغییرشکل می دهند. در واقع با کنترل ابعاد نانوسیم ها، حساسیت آنها به پرتوی نور تابشی (که آنها را ذوب کرده و تغییرشکل می هد) به دلخواه قابل کنترل می شود. حالا اگر این نانوسیم های خیلی کوچک را به طور مرتب و دلخواه در صفحه ی دیسک مورد نظرمان بچینیم یک "سی-دی" جدید داریم که قابلیت ذخیره سازی اطلاعات در آن خیلی بالاست (1.1 ترابایت بر سانتیمتر مکعب (سه بعد)).

به این نسل از سیستم ها لقب پنج بعدی داده اند چون به زاویه ی تابش (سه بعد فضایی)، طول موج و قطبی ات نور حساس هستند.

من در یک پست توضیح داده بودم که چطور نقطه ی ذوب مواد به اندازه ی آنها وابسته است. در اینجا، تغییر طول موج در واقع تغییر میزان انرژی حرارتی است که بر روی نانوسیسم ها اعمال می شود. یعنی مثلن اگر پرتویی با طول موج نور زرد بتابانیم، برخی از نانوسیسم ها تغییرشگل می دهند اما برخی دیگر که نقطه ی ذوب بالاتری دارند تغییری نمی کنند.

چرا آلیاژها از مواد خالص استحکام بیشتری دارند؟

آلیاژ یعنی ماده ای که از دو جز یا بیشتر تشکیل شده باشد. این عنوان «آلیاژ» بیشتر در مورد فلزات به کار می رود. مثلن فولاد که ترکیبی از آهن و کربن است یک آلیاژ است. به عنصر دومی که به یک ماده اضافه می شود تا خواص آن را تغییر بدهد می گویند عنصر آلیاژی، مثلن در فولاد، کربن عنصر آلیاژی است. آلیاژها معمولن از مواد خالص تشکیل دهندشان محکمتر هستند. چرا؟ خوب زیاد پیچیده نیست؛ وقتی دو ماده با هم قاطی می شوند اصطلاحن درهم گیر می کنند و در نتیجه جلوی مکانیزم هایی که منجر به فروپاشی ماده می شوند، گرفته می شود.

حالا چطور این اتفاق می افتد؟ خوب، می دانیم که برای پاره شدن (فروپاشی) یک ماده باید بخشی از ماده روی بخشی دیگر بلغزد، یعنی گروهی از اتم ها روی گروهی دیگر سُر بخورند (این لغزش اتم ها روی هم را به کمک نظریه «نابجایی» ها توضیح می دهند.) وقتی ماده خالص است لغزش خیلی راحت اتفاق می افتد، اما وقتی یک عنصر دیگر که اندازه و رفتار متفاوتی دارد به محیط اضافه می شود در حرکت اتم ها روی هم اختلال ایجاد می کند. من شکل زیر را کشیده ام تا بهتر متوجه درگیری بین عناصر بشوید.

همانطور که می بینید در شکل سمت راست عنصر کربن که کوچک تر است در بین ساختار آهن می نشیند و آن را دچار اعوجاج می کند، که باعث می شود حرکت اتم های آهن کندتر شود.

نمودار زیر تصویر شمایی افزایش کربن بر میزان استحکام آهن را نشان می دهد. می بینید که درصد ناچیز کربن تاثیر بسیار زیادی بر استحکام آهن دارد. به بیان دیگر می شود گفت که این کربن است که برج ایفل را روی پا نگه داشته است.

فکر می کنم به سوالی که در عنوان نوشته آمد تا حدودی جواب داده شده است. البته جزییات خیلی زیادی درباره ی خواص مکانیکی آلیاژها وجود دارد که با یک رابطه ی کلی قابل توضیح نیستند، مثلن اگر عناصر در کنار هم تشکیل ترکیب بدهند مساله کمی تفاوت خواهد کرد.

قطره های باران پیش از آنکه به زمین برخورد کنند می ترکند!

مطلب جالبی در نیو-ساینتیست دیدم که خوب است اینجا بنویسم. پژوهشی در دانشگاه هاروارد نشان داده است که قطره های باران پیش از آنکه به زمین برخورد کنند می ترکند. این اتفاق به خاطر تشکیل یک بالشتک نازک هوا بین قطره و زمین است که قطره با برخورد به آن و پیش از آن که به زمین برسد می ترکد. این بالشتک کوچک هوا در فاصله ی چند میکروثانیه مانده به زمین بین قطره و زمین، به خاطر حرکت قطره که باعث فشردن هوا می شود، تشکیل می شود. خیلی جالب است نه؟ این مطلب در APS به چاپ رسیده است. (لینک)

اما از این جالب تر مطلب نسبتن قدیمی تری درباره ی پخش شدن قطره های مایع (ترکیدن) در اثر برخورد با سطح صلب است که می گوید پدیده ی ترکیدن و پخش شدن قطرات مایع در جایی که هوا وجود ندارد اتفاق نمی افتد؛

«برای جلوگیری از اثر هوا آزمایش در یک محفظه ی خلا انجام شد. [...] تیم آزمایش دریافتند که هرچه فشار هوا کمتر باشد پخش شدن قطرات (splash) کمتر می شود و در فشار حدود 0.2 بار (bar - واحد فشار)* این پدیده کاملن ناپدید می شود.»

چرا این مساله عجیب است؟! چون وقتی فشار هوا کمتر باشد در واقع فشار بر روی قطره کمتر است و بنابراین انتظار داریم قطره تمایل بیشتری به متلاشی شدن (ترکیدن) داشته باشد، یعنی راحت تر و با انرژی کمتر بترکد. اما نتایج آزمایش درست برعکس این را نشان می دهد! متاسفانه در این مقاله چیزی درباره ی دلیل این پدیده گفته نشده و من هم نتوانستم دلیل مناسبی برای آن پیدا کنم.

*یک بار برابر با 100000 پاسکال است.

ماده چگونه ذوب می شود؟

می دانیم که نقطه ی ذوب یک ماده (دمایی که در آن جامد به مایع تبدیل می شه) ویژگی ذاتی ماده هست و به پیوندهای بین اتمی آن بستگی دارد. به طور دقیق و از دیدگاه اتمی می شود گفت؛ با افزایش دما متوسط سرعت اتم ها افزایش می یابد تا آنجا که اتم ها می توانند از نیروی جاذبه ای که از طرف اتم های اطراف شان به آنها وارد می شود فرار کنند. اما آیا این تغییرات درون ماده به صورت تدریجی و خطی است؟ جواب این سوال جالب توجه هست، نه!

من در اینجا نمودار تغییرات انرژی پتانسیل اتم ها نسبت به دما را برای عنصر طلا رسم کرده ام تا بهتر متوجه منظورم بشوید. همانطور که می بینید در نقطه ی ذوب نمودار یک جهش بزرگ را نشان می دهد.

دلیل این جهش ناگهانی در انرژی پتانسیل چیست؟ خوب بگذارید باز هم از نقطه نظر اتمی به این پدیده نگاه کنیم: اتم ها به طور طبیعی در حالت «ارتعاش» هستند که دامنه ی این ارتعاشات متناسب با دمای سیستم است. بنابراین با افزایش دما میزان ارتعاشات و انرژی جنبشی اتم ها افزایش می یابد. وقتی دامنه ی این ارتعاشات به مقدار بحرانی برسد، تعدادی از پیوندها «شکسته» می شوند، یعنی اتم ها می توانند درون سیستم جابه جا شوند. دلیل افزایش ناگهانی در انرژی پتانسیل هم همین «جابه جایی» و «آشفتگی» در سیستم است. به بیان دیگر درجه آزدی اتم ها در سیستم زیادتر شده است. حالا اگر دما بالاتر برود و تعداد پیوندهای شکسته شده بیشتر می شود و اتم ها از سطح ماده شروع به جدا شدن می کنند که می گوییم بخار شده اند.

تغییر جامد-مایع در مهندسی اهمیت زیادی دارد و برای بررسی آن معیارهای ریاضی مختلفی تعریف شده است. یکی از این معیارها شاخص لیندمان است که در اوایل قرن گذشته توسط لیندمان ارایه شد. این شاخص نشان دهنده ی میزان جابه جایی بین اتم ها در طول زمان است (اگر فرصتی شد درباره محاسبه آن چیزی می نویسم). توجه داشته باشید که یک پدیده ماکروسکوپی مانند ذوب شدن برایند تعداد بسیار بسیار زیادی برهمکنش بین اتم هاست.

من نمودار شاخص لیندمان نسبت به دما را برای طلا رسم کرده ام. همانطور که می بینید تغییرات شاخص لیندمان دقیقن منطبق بر تغییرات انرژی پتانسیل است که در بالا نشان داده شد. بنابه تعریف اگر شاخص لیندمان مقداری بزرگتر از 0.1 باشد معرف حالت مایع است.

شاید بپرسید دانستن این مکانیزم ها به چه درد می خورد؟ خوب، باید بگویم در مهندسی، این تحلیل ها کاربرد زیادی در پیش بینی و شبیه سازی رفتارهای فیزیکی مواد دارد که در نهایت به بهینه سازی مواد کمک می کند.

توضیح 1: این نمودارها را با محاسبات شبیه سازی به روش دینامیک مولکولی رسم کرده ام.

توضیح 2: البته موادی هم هستند که تغییر جامد به مایع در آنها تدریجی است و قبل از مایع شدن به شکل خمیری در می آیند مانند پلیمرها.

مورچه ها و جمع آوری غذا

چندوقت پیش مستندی درباره ی مورچه ها را جسته و گریخته می دیدم. یک بخشی از برنامه درباره ی این بود که مورچه ها چگونه غذای خود را جمع آوری و ذخیره می کنند. برای شبیه سازی مورچه ها، گروه پژوهش آزمایش جالبی انجام داده بودند. در این آزمایش تعدادی ربات کوچک (مورچه) در صفحه ای که تعدادی استوانه های کوچک و هم شکل (ذرات غذا) به طور تصادفی چیده شده اند حرکت می کردند. الگوریتم آزمایش بسیار ساده و به این ترتیب بود که اگر یک ربات، که به صورت تصادفی حرکت می کند، در مسیر خود به یک استوانه برسد آن را بر می دارد و اگر به یک استوانه ی دیگر برسد استوانه ای را که برداشته در کنار آن می گذارد. نتیجه بسیار جالب بود؛

«با گذشت زمان استوانه ها در گروه های چندتایی جمع آوری می شوند [...] بنابراین برخلاف آنچه تصور می شود رفتار اعجاب آمیز مورچه ها ممکن است نتیجه ی منطق بسیار ساده ای باشد.»

در فکرم بود که چه خوب است اگر این الگوریتم به صورت شبیه سازی کامپیوتری پیاده شود. این کار، نسبت به شبیه سازی با ربات ها دو مزیت دارد؛ اول اینکه می شود آزمایش را در مقیاس بزرگتری اجرا کرد (استوانه ها و ربات های بیشتر و همین طور زمان های طولانی تر) و دوم اینکه می شود رفتارهای پیچیده تر و متفاوتی را روی برنامه ی کامپیوتری پیاده کرد.

الگوریتمی که نوشته ام به همان سادگی بود که برای ربات ها پیاده شد:

1- نقطه های ساکن (ذرات غذا) در یک صفحه به طور تصادفی پراکنده شده اند.

2- نقطه های متحرک (مورچه ها) در چهارگوشه ی صفحه پراکنده می شوند.

3- مورچه ها به طور تصادفی در صفحه حرکت می کنند

4- اگر یک مورچه به یک ذره ی غذا برخورد کند آن را بر میدارد

5- اگر مورچه ای که به یک ذره ی غذا می رسد ذره ی غذایی به همراه داشته باشد، آن را در کنار ذره ی ساکن می گذارد.

برنامه را در متلب نوشتم و اجرا کردم. در اینجا می توانید فیلم یک شبیه سازی با صدهزار گام زمانی را ببینید. در این شبیه سازی ده مورچه و دویست ذره ی غذا در یک مربع ده در ده شبیه سازی شده اند.

* در هر گام زمانی مورچه ها به مقداری تصادفی و در جهتی تصادفی تغییر جهت می دهند. حداکثر فاصله حرکت آنها قابل تعریف است.