Kai ant grindų nukrenta lėkštė ir per sekundę pavirsta mozaika, mes retai susimąstome, kodėl taip nutinka. Tai atrodo kaip grynas atsitiktinumas: kartais keli gabalai, kartais šimtai smulkiausių šukių. Tačiau nauji tyrimai rodo, kad chaosas nėra chaosas.
Mokslininkai ką tik atskleidė stulbinantį principą, galintį perrašyti tai, ką žinojome apie lūžius, skilimus ir smūgių fiziką.
Daiktai lūžta taip, kaip „pasirenka gamta“ – ir tas pasirinkimas nėra atsitiktinis
Fizikas Emmanuelis Villermaux iš Aix-Marseille universiteto suformulavo idėją, kuri tapo tikru proveržiu.
Jis paklausė:
„Jei objektas gali sudužti milijonu būdų, kurį variantą pasirinks gamta?“
Atsakymas nustebino: visata renkasi tą kelią, kuris sukuria didžiausią įmanomą netvarką.
Tai vadinama maksimalaus atsitiktinumo principu – kai sistema „pasirenka“ tą lūžio scenarijų, kuriame įmanoma daugiausiai skirtingų rezultatų.
Bet tai – tik dalis istorijos.
Naujas atradimas: fragmentų dydžio tvermės dėsnis
Villermaux ir jo komanda nustatė, kad daiktų skilimas priklauso ne tik nuo atsitiktinumo, bet ir nuo:
- objekto formos,
- jo tūrio,
- smūgio energijos.
Tai reiškia, kad vien pagal pradinę formą galima prognozuoti, kokio dydžio fragmentai atsiras ir kokiomis proporcijomis jie susidarys.
Nustatyta, kad objektai (nuo vazų iki metalinių strypų ir net vandens lašų) skyla pagal laipsninį dėsnį:
- smulkių gabalėlių visada bus daugiau,
- dideli – reti, bet prognozuojami.
Plonas stiklas vs. storas akmuo: kodėl jie skyla taip skirtingai?
Plonas stiklinis puodelis turi daug galimų įtrūkimo kelių → daug galimybių → didelė entropija → šimtai šukių.
Storas akmens blokas turi labai ribotą lūžio trajektorijų skaičių → mažai galimybių → mažai entropijos → tik keli dideli gabalai.
Ir tai nepriklauso nuo medžiagos „stiprumo“. Viską lemia forma.
Bet kaip dėl atvejų, kai stiklas skyla tik į kelias dalis?
Kai energijos per mažai, atsiveria tik keletas įtrūkimų, todėl ir fragmentų mažai.
Tačiau esant dideliam smūgiui – atsiveria visi galimi lūžio keliai, ir stiklas skyla pagal „chaoso maksimumą“.
Tai neatsitiktinumas – tai matematika.
Matematinė kreivė, jungianti plytą, vandenį ir stiklo burbulą
Fragmentų pasiskirstymą mokslininkai aprašė paprasta formule – laipsniniu skirstiniu.
Nubrėžus fragmentų dydžius grafike, beveik visos medžiagos sudaro tą pačią kreivę, tarsi paklustų vienai taisyklei.
Net nereikia žinoti mikroįtrūkimų – svarbu tik:
- forma,
- energija,
- kaip ši energija sklinda objektu.
Ne visos medžiagos paklūsta: išimtis – minkšti plastikai
Labai minkštos, lanksčios medžiagos neskyla, o:
- tempiasi,
- sugeria smūgio energiją,
- elgiasi labiau kaip kramtomoji guma.
Todėl jų skeveldrų pasiskirstymas neatitinka universalaus dėsnio.
Kodėl šis atradimas toks svarbus?
Šis dėsnis padeda numatyti:
- kokio dydžio nuolaužos susiformuos žemės nuošliaužose,
- kaip skyla uolienos kasyboje,
- kokios bus asteroidų smūgio pasekmės,
- kaip aplinkoje formuojasi mikroplastikas,
- kaip kurti atsparesnes konstrukcijas ir medžiagas.
Lūžusios lėkštės analizė – tik paviršius. Tie patys procesai galioja planetoms, uolienoms ir skysčiams.
Visata chaotiška? Anaiptol.
Daiktai skyla ne šiaip sau ir ne taip, kaip „pasiseka“. Jie skyla pagal tvarką, matematiką ir universalius dėsnius, kurie veikia tiek mūsų virtuvėje, tiek kosmose.
Kitą kartą, kai ant grindų suduš stiklinė, prisiminkite: net mažiausios šukės paklūsta naujai atrastam visatos dėsnio griežtumui.
Šaltiniai:
- https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/r7xz-5d9c
- https://www.popularmechanics.com/science/math/a69623099/breaking-law/
