

物理学、化学、材料科学において、パーコレーション(ラテン語の percolare 「濾過する、滴り落ちる」に由来)は、多孔質材料を通る流体の移動と濾過を指します。これは、ダルシーの法則によって説明されます。それ以来、格子またはグラフとしてモデル化された多くのシステムの接続性をカバーする、より広範なアプリケーションが開発されてきました。これは、パーコレーションの容量を調整する濾過問題における格子コンポーネントの接続性に似ています。
背景
過去数十年間、浸透理論、つまり浸透の数学的研究は、物理学、材料科学、複雑ネットワーク、疫学、およびその他の分野の幅広いトピックに新しい理解と技術をもたらしました。たとえば、地質学では、浸透は土壌と浸透性岩石を通した水の濾過を指します。水は流れ、地下水面と帯水層の地下水を補充します。浸透盆または浄化槽排水場が大量の水を処分するために計画されている場所では、意図した構造が成功するか失敗するかを判断するために、事前に浸透テストが必要です。2次元の正方格子では、浸透は次のように定義されます。サイトは、確率pで「占有」されるか、確率1-pで「空」になります(この場合、エッジは削除されます)。対応する問題はサイト浸透と呼ばれます(図2を参照)。
パーコレーションは、一般的に普遍性を示します。スケーリング理論、くりこみ、相転移、臨界現象、フラクタルなどの統計物理学の概念は、パーコレーション特性を特徴付けるために使用されます。 組合せ論は、パーコレーション閾値の研究によく使用されます。
パーコレーションの解析モデルから正確な結果を得るのは複雑なため、通常はコンピュータシミュレーションが使用されます。現在最も高速なパーコレーションアルゴリズムは、2000年にマーク・ニューマンとロバート・ジフによって発表されました。[1]
例
- コーヒーの浸透(図 1 参照)では、溶媒は水、浸透性物質はコーヒーの粉、可溶性成分はコーヒーに色、味、香りを与える化合物です。
- 風化した物質が地表下の斜面に沿って下方へ移動する現象。
- 日光と圧力という 2 つの条件が存在すると木が割れます。
- 生物学的ウイルス殻の崩壊とランダムなサブユニット除去に対する堅牢性(実験的に検証されたウイルスの断片化)。[2] [3] [4]
- 多孔質媒体における輸送。
- 病気の蔓延[5] [6]
- 表面の荒れ。[要出典]
- 歯の浸透、連鎖球菌変異体と乳酸菌にとって好ましい環境のため、歯冠下の虫歯の発生率が上昇する
- 浄化槽の設置場所の候補は、「浸透試験」によってテストされます。例/理論: 地表 (通常 12 ~ 24 インチの深さ) に穴 (通常直径 6 ~ 10 インチ) を掘ります。穴に水を入れ、水面が 1 インチ下がるまでの時間を測定します。粒度の粗い砂地でよく見られるように、水面が急速に下がる場合は、浄化槽の「浸透場」の設置場所として適している可能性があります。敷地の水力伝導率が低い場合 (通常粘土質およびローム質の土壌)、その場所は望ましくありません。
参照
参考文献
- ^ Newman, Mark ; Ziff, Robert (2000). 「効率的なモンテカルロアルゴリズムとパーコレーションの高精度結果」. Physical Review Letters . 85 (19): 4104–4107. arXiv : cond-mat/0005264 . Bibcode :2000PhRvL..85.4104N. CiteSeerX 10.1.1.310.4632 . doi :10.1103/PhysRevLett.85.4104. PMID 11056635. S2CID 747665.
- ^ Brunk, Nicholas E.; Twarock, Reidun (2021-07-23). 「パーコレーション理論がウイルス様粒子の生物物理学的特性を明らかにする」. ACS Nano . 15 (8). アメリカ化学会 (ACS): 12988–12995. doi : 10.1021/acsnano.1c01882 . ISSN 1936-0851. PMC 8397427. PMID 34296852 .
- ^ Brunk, Nicholas E.; Lee, Lye Siang; Glazier, James A.; Butske, William; Zlotnick, Adam (2018). 「分子ジェンガ:ウイルスカプシドのパーコレーション相転移(崩壊)」. Physical Biology . 15 (5): 056005. Bibcode :2018PhBio..15e6005B. doi :10.1088/1478-3975/aac194. PMC 6004236. PMID 29714713 .
- ^ Lee, Lye Siang; Brunk, Nicholas; Haywood, Daniel G.; Keifer, David; Pierson, Elizabeth; Kondylis, Panagiotis; Wang, Joseph Che-Yen; Jacobson, Stephen C.; Jarrold, Martin F.; Zlotnick, Adam (2017). 「分子ブレッドボード: B型肝炎ウイルスカプシドのサブユニットの除去と置換」. Protein Science . 26 (11): 2170–2180. doi :10.1002/pro.3265. PMC 5654856. PMID 28795465 .
- ^グラス バーガー、ピーター(1983)。「一般的な流行過程と動的浸透の臨界挙動について」。数理生物科学。63 (2):157–172。doi :10.1016/0025-5564(82)90036-0。
- ^ Newman, MEJ (2002). 「ネットワーク上での伝染病の蔓延」. Physical Review E. 66 ( 1 Pt 2): 016128. arXiv : cond-mat/0205009 . Bibcode :2002PhRvE..66a6128N. doi :10.1103/PhysRevE.66.016128. PMID 12241447. S2CID 15291065.
さらに読む
- ケステン、ハリー、「パーコレーションとは何か?」、AMS の通知、2006 年 5 月。
- サヒミ、ムハンマド;パーコレーション理論の応用、テイラー&フランシス、1994年。ISBN 0-7484-0075-3 (ハードカバー)、ISBN 0-7484-0076-1 (ペーパーバック)。
- グリメット、ジェフリー;パーコレーション(第2版)。シュプリンガー出版、1999年。
- Stauffer, Dietrichおよび Aharony, Ammon; Introduction to Percolation Theory、Taylor & Francis、1994 年、改訂第 2 版、ISBN 9780748402533。
- カークパトリック、スコット、「パーコレーションと伝導」、Reviews of Modern Physics、45、574、1973年。
- ロドリゲス、エドゥアール; 六角盤上のポーンの注目すべき性質 2021-12-09 にWayback Machineでアーカイブ
- ボロバス、ベラ;リオーダン、オリバー; Percolation、ケンブリッジ大学出版局、2006年、ISBN 0521872324。
- グリメット、ジェフリー;パーコレーション、シュプリンガー、1999
