Изотропия: Равномерность во всех направлениях

Введение

Однородность во всех ориентациях

В физике и геометрии изотропия – это однородность во всех ориентациях. Точные определения зависят от области применения. Отклонения или неравенства часто указываются приставкой а- или ан-, следовательно, анизотропия. Анизотропия также используется для описания ситуаций, когда свойства систематически меняются в зависимости от направления. Изотропное излучение имеет одинаковую интенсивность независимо от направления измерения, а изотропное поле оказывает одинаковое воздействие независимо от ориентации тестовой частицы.

Физика

Квантовая механика или физика частиц. Когда безспиновая частица (или даже неполяризованная частица со спином) распадается, полученное распределение продуктов распада должно быть изотропным в системе покоя распадающейся частицы, независимо от конкретных деталей процесса распада. Это следует из вращательной инвариантности гамильтониана, которая, в свою очередь, гарантируется для сферически симметричного потенциала. Кинетическая теория газов также является примером изотропии. Предполагается, что молекулы движутся в случайных направлениях, и, как следствие, существует равная вероятность движения молекулы в любом направлении. Таким образом, при большом количестве молекул в газе, с высокой вероятностью число молекул, движущихся в одном направлении, будет примерно одинаковым для любого другого направления, демонстрируя приблизительную изотропию. Динамика жидкости. Поток жидкости считается изотропным, если в нем отсутствует предпочтительное направление (например, при полностью развитой 3D-турбулентности). Примером анизотропии служит поток со фоновой плотностью, поскольку гравитация действует только в одном направлении. Поверхность, разделяющая две различные изотропные жидкости, называется изотропом. Термическое расширение. Твердое тело считается изотропным, если его расширение одинаково во всех направлениях при воздействии тепловой энергии. Электромагнетизм. Изотропная среда – это среда, в которой диэлектрическая проницаемость (ε) и магнитная проницаемость (μ) одинаковы во всех направлениях, простейшим примером которой является свободное пространство. Оптика. Оптическая изотропия означает, что оптические свойства одинаковы во всех направлениях. Для микрогетерогенных образцов необходимо усреднить индивидуальную отражательную способность или пропускание доменов, если требуется вычислить макроскопическую отражательную способность или пропускание. Это можно проверить, например, исследуя поликристаллический материал под поляризационным микроскопом с перекрещенными поляризаторами: если размер кристаллитов превышает предел разрешения, они будут видны. Космология. Космологический принцип, лежащий в основе большей части современной космологии, включая теорию Большого взрыва об эволюции наблюдаемой Вселенной, предполагает, что Вселенная является как изотропной, так и однородной, то есть Вселенная не имеет предпочтительного положения (одинакова везде) и предпочтительного направления. Наблюдения, проведенные в 2006 году, показывают, что на масштабах расстояний, значительно превышающих размеры галактик, скопления галактик являются крупномасштабными структурами, но малы по сравнению с так называемыми сценариями мультивселенной.

Quantum mechanics or particle physics When a spinless particle (or even an unpolarized particle with spin) decays, the resulting decay distribution must be isotropic in the rest frame of the decaying particle regardless of the detailed physics of the decay. This follows from rotational invariance of the Hamiltonian, which in turn is guaranteed for a spherically symmetric potential. Kinetic theory of gases is also an example of isotropy. It is assumed that the molecules move in random directions and as a consequence, there is an equal probability of a molecule moving in any direction. Thus when there are many molecules in the gas, with high probability there will be very similar numbers moving in one direction as any other, demonstrating approximate isotropy. Fluid dynamics Fluid flow is isotropic if there is no directional preference (e. g. in fully developed 3D turbulence). An example of anisotropy is in flows with a background density as gravity works in only one direction. The apparent surface separating two differing isotropic fluids would be referred to as an isotrope. Thermal expansion A solid is said to be isotropic if the expansion of solid is equal in all directions when thermal energy is provided to the solid. Electromagnetics An isotropic medium is one such that the permittivity, ε, and permeability, μ, of the medium are uniform in all directions of the medium, the simplest instance being free space. Optics Optical isotropy means having the same optical properties in all directions. The individual reflectance or transmittance of the domains is averaged for micro heterogeneous samples if the macroscopic reflectance or transmittance is to be calculated. This can be verified simply by investigating, e. g., a polycrystalline material under a polarizing microscope having the polarizers crossed: If the crystallites are larger than the resolution limit, they will be visible. Cosmology The cosmological principle, which underpins much of modern cosmology including the Big Bang theory of the evolution of the observable universe, assumes that the Universe is both isotropic and homogeneous, meaning that the universe has no preferred location (is the same everywhere) and has no preferred direction. Observations made in 2006 suggest that, on distance scales much larger than galaxies, galaxy clusters are "Great" features, but small compared to so called multiverse scenarios.

Материаловедение

В исследовании механических свойств материалов термин "изотропный" означает, что значение свойства одинаково во всех направлениях. Это определение также используется в геологии и минералогии. Стекло и металлы – примеры изотропных материалов. К распространенным анизотропным материалам относятся древесина, поскольку ее механические свойства различаются в зависимости от направления относительно волокон, а также слоистые породы, такие как сланец. Изотропные материалы удобны в использовании, так как их легче обрабатывать и прогнозировать их поведение. Анизотропные материалы можно адаптировать к нагрузкам, которым предположительно будет подвергаться объект. Например, волокна в материалах на основе углеродного волокна и арматура в железобетоне ориентированы для восприятия растягивающих усилий.

Микрофабрикация

В промышленных процессах, таких как этапы травления, изотропность означает, что процесс происходит с одинаковой скоростью, независимо от направления. Простая химическая реакция и удаление подложки кислотой, растворителем или реактивным газом часто очень близки к изотропным. Напротив, анизотропный означает, что скорость воздействия на подложку выше в определенном направлении. Анизотропные процессы травления, при которых скорость вертикального травления высока, а скорость бокового травления очень мала, являются ключевыми процессами в микроизготовлении интегральных схем и устройств MEMS.

Антенна (радио)

Изотропная антенна – это идеализированный "излучающий элемент", используемый в качестве эталона; антенна, которая излучает мощность одинаково (вычисленную по вектору Пойнтинга) во всех направлениях. Усиление произвольной антенны обычно указывается в децибелах относительно изотропной антенны и обозначается как dBi или dB(i). В клетках (также известных как мышечные волокна) термин "изотропный" относится к светлым участкам (I-полосам), формирующим поперечно-полосатую структуру клеток. Фармакология. Хотя хорошо установлено, что кожа является идеальным местом для введения местных и системных препаратов, она представляет собой значительный барьер для проникновения большинства веществ. В последнее время изотропные составы широко применяются в дерматологии для доставки лекарственных средств.

Информатика

Мы говорим, что объем, такой как компьютерная томография, имеет изотропное расстояние между вокселями, когда расстояние между любыми двумя соседними вокселями одинаково по всем осям x, y и z. Например, расстояние между вокселями считается изотропным, если центр вокселя (i, j, k) находится на расстоянии 1,38 мм от центра вокселя (i+1, j, k), 1,38 мм от центра вокселя (i, j+1, k) и 1,38 мм от центра вокселя (i, j, k+1) для всех индексов i, j и k.

Другие науки

Экономика и география. Изотропная область – это область, обладающая одинаковыми свойствами во всех точках. Такая область представляет собой конструкцию, необходимую для многих типов моделей.