tilavuorovaikutuksina

Tilavuorovaikutuksina on käsite, jota käytetään kuvaamaan vuorovaikutuksia, jotka syntyvät kappaleiden tilavuudesta ja tilanjakautumiseen liittyvistä rajoitteista. Kyse ei välttämättä ole suoraan energiasta, vaan siitä, miten tilan saatavuus ja liikkeen rajoitukset vaikuttavat järjestelmän tilaan. Tilavuorovaikutukset ovat usein entropian tavoin aiheuttamia vaikutuksia, jotka seuraavat siitä, etteivät hiukkaset voi olla samassa tilassa samanaikaisesti.

Tilavuorovaikutukset esiintyvät erityisesti pehmeässä aineessa, kuten polymeerien ja kolloidien tutkimuksessa sekä biologisissa ympäristöissä, joissa suuria molekyylejä on tiheässä tilassa. Niiden seurauksena voidaan havaita sekä repulsiivisia että effektien kautta syntyviä voimavaikutuksia, jotka vaikuttavat rakenteisiin, diffuusioon ja faasijaon kaltaisiin ilmiöihin. Mallinnuksessa tilavuorovaikutukset huomioidaan usein poissuljuttuina tilavuuksina (excluded volume) ja ne voivat johtaa entropisiin vuorovaikutuksiin, jotka ovat keskeisiä systeemin käyttäytymisessä.

Käytännössä tilavuorovaikutukset voidaan esittää mallien kautta, kuten excluded-volume -parametrein sekä lattice- tai jatkuvissa malleissa. Esimerkkejä sovelluksista ovat polymerien kontakti- ja sekoituskäyttäytyminen, kolloidisten järjestelmien stabilointi ja romahdus sekä biologisten makromolekyylien käyttäytyminen solukontekstissa, jossa tilavuudella on suuri rooli. Rajoitteena on, että tilavuorovaikutukset ovat vain yksi näkökulma; todellisissa järjestelmissä vaikuttavat usein myös energiset vuorovaikutukset, kuten van der Waalsin voimat, sähköiset vuorovaikutukset ja ympäristön epäorganizointi. Tilavuorovaikutukset muodostavat kuitenkin keskeisen osan pehmeän aineen teoriaa ja simulointia.