Nowe równanie matematyczne wyjaśnia, dlaczego potłuczone przedmioty – od wazonów, przez kostki cukru, po pękające bańki – zawsze rozpadają się w najbardziej irytująco spójny sposób. Badanie opublikowane w czasopiśmie Physical Review Letters pokazuje, że fragmentacja podlega zasadzie „maksymalnej losowości”, co oznacza, że obiekty rozpadają się w najbardziej losowy, fizycznie możliwy sposób.
Nauka o nieporządku
Na przestrzeni lat naukowcy zaobserwowali, że niezależnie od materiału, rozbite przedmioty tworzą przewidywalny stosunek dużych do małych fragmentów. Ta sekwencja sugerowała ukrytą uniwersalną regułę rządzącą tym, jak wszystko się psuje. Fizyk Emmanuel Villermeau z Uniwersytetu w Aix-Marseille we Francji przyjął świeże podejście do problemu: zamiast badać, jak rzeczy się psują, skupił się na samych elementach.
Kluczową ideą Villermo jest to, że porażka nie polega na skomplikowanych wzorach pęknięć, ale na maksymalizacji nieporządku (entropii). Opracowane przez niego równanie łączy tę zasadę z odkrytą wcześniej zasadą zachowania gęstości fragmentów, skutecznie przewidując rozkład wielkości fragmentów w praktycznie każdym pęknięciu.
Od narzędzi kamiennych po kostki cukru
Równanie zostało przetestowane na dziesięcioleciach danych dotyczących fragmentacji, w tym szkła, spaghetti, kropelek cieczy, plastiku w oceanie, a nawet starożytnych narzędzi kamiennych. Co zaskakujące, wszystkie postępowały zgodnie z przewidywanym rozkładem wielkości. Willermo nawet wystawił to równanie na próbę, rzucając wraz z córkami ciężkimi przedmiotami na kostki cukru.
„To był letni projekt z moimi córkami… dobrze zilustrowały mój punkt widzenia.” – Emmanuela Willermo
Ograniczenia i przyszłe zastosowania
Prawo maksymalnej losowości nie jest absolutne. Nie ma zastosowania, gdy pękanie następuje w sposób idealnie uporządkowany (np. jednolite kropelki cieczy) lub gdy fragmenty oddziałują na siebie po pęknięciu (niektóre rodzaje tworzyw sztucznych). Odkrycia te mogą mieć jednak praktyczne zastosowania. Zrozumienie fragmentacji może poprawić wydajność górnictwa przemysłowego (zniszczenie rudy) i lepiej przygotować się na klęski żywiołowe (obpady skał).
W przyszłych badaniach zbadany zostanie teoretyczny minimalny rozmiar fragmentu, do jakiego może się on skurczyć, zanim przestanie istnieć. To prawo zniszczenia może wydawać się trywialne, ale pokazuje, że nawet chaos ma podłoże matematyczne.
