Świat rozpada się do sześcianów. Istnieje uniwersalna reguła rozpadu na mniejsze części?

| Ciekawostki
PaulHampshire

Platon twierdził, że świat zbudowany jest z „najpiękniejszych” brył. I, jak dowodzą najnowsze badania, miał dużo racji. Okazuje się bowiem, ze wszystko, od potężnych gór lodowych po niewielkie skały, ma tendencje do rozpadania się w sześciany. Odkrycie to sugeruje, że istnieje uniwersalna zasada fragmentacji całości i działa ona od skali planetarnej po mikroskopijną.

To piękny przykład połączenia czystej matematyki, wiedzy materiałowej i geologii, komentuje badania Sajit Datta, inżynier z Princeton University, który nie był w nie zaangażowany.

Punktem wyjścia do najnowszego odkrycia była wcześniejsza praca z roku 2006. Wówczas to matematyk Gabor Domokos z Budapesztańskiego Uniwersytetu Technologii i Ekonomii pomógł w przeprowadzeniu dowodu na istnienie gömböca, trójwymiarowej bryły, która gdy spoczywa na płaskiej powierzchni ma tylko jeden stabilny i jeden niestabilny punkt równowagi. W związku z tym gömböc na płaskiej powierzchni spoczywa zawsze w tej samej pozycji.

Podczas dalszych prac nad tym problemem Domokos i jego zespół zauważyli, że kamienie przesuwane w dół rzeki czy ziarna piasku wydmuchiwane przez wiatr dążą z czasem do osiągnięcia kształtu gömböca, chociaż nigdy go nie osiągają. Gömböc to część natury, ale jednocześnie to tylko ideał, mówi Domokos.

Naukowiec postanowił lepiej przyjrzeć się kształtom występującym w naturze. Wraz z kolegami rozpoczął symulacje komputerowe, w ramach których pod najróżniejszymi kątami dzielili sześcian wzdłuż 50 dwuwymiarowych płaszczyzn. W ten sposób „pocięli” sześcian an 600 000 kawałków i odkryli, że fragmenty te dążą do formy sześcianu, chociaż niekoniecznie którykolwiek z nich tę formę osiągał. Wyniki symulacji spowodowały, że naukowcy zaczęli podejrzewać, iż kształt sześcianu jest uniwersalnym wzorcem fragmentacji. Postanowili więc to sprawdzić.

Naukowcy udali się na górę Hármashatárhegy, na której występują złoża dolomitu. Tam liczyli wierzchołki w pęknięciach w skałach. Okazało się, że większość pęknięć tworzyła kształty podobne do kwadratów, niezależnie od tego, czy były to pęknięcia naturalne czy też spowodowane przez dynamit, który w przeszłości był tutaj używany.

Ostatnim etapem badań było modelowanie przy użyciu komputera. Symulowano pękanie materiału materiału skalnego w 3D w idealnych warunkach, kiedy to skała jest równo rozciągana we wszystkich kierunkach. Symulacje wykazały, że w takim przypadku skały pękają tworząc wielościany, które po uśrednieniu okazują się sześcianami.

Oczywiście można zwrócić uwagę, że wiele materiałów w naturze nie rozpada się na sześciany. Dość wspomnieć mikę, która rozpada się na płatki, czy też bazalt, który tworzy spektakularne heksagonalne kolumny Giant’s Causeway w Irlandii Północnej.

Dzieje się tak, gdyż prawdziwe materiały nie występują w idealnej formie, jaką przyjęto do symulacji. Zwykle w ich strukturze wewnętrznej są różnego typu zanieczyszczenia czy inne struktury, które powodują inny sposób rozpadu. Mika tworzy płatki, gdyż materiał ten jest słabszy w jednym z kierunków. Jednak z uśrednionego statystycznie punktu widzenia, skały są dalekimi cieniami idealnych sześcianów, mówi współautor najnowszych badań, Douglas Jerolmack, geofizyk z University of Pennsylvania.

Niektóre spostrzeżenia zawarte w najnowszych badaniach są trudne do przyjęcia. Trzeba mieć dobre pojęcie o abstrakcyjnych teoriach dotyczących procesów zachodzących na ziemi, by rzeczywiście zrozumieć, co się z tym wiąże. Geologom czasem trudno będzie to pojąć i wyciągnąć z tego jakieś korzyści, mówi Anne Voigtländer, geolog z Niemieckiego Centrum Nauk o Ziemi.

Jerolmack zgadza sie z tym, że niektóre aspekty badań są bardziej filozoficzne niż praktyczne. Jednak, jak zauważa, badania te mogą pomóc geologom w przewidzeniu, jak płyn będzie przemieszczał się w skałach podczas wydobywania ropy naftowej czy w obliczeniu rozmiarów pęknięć klifów i odrywania się od nich fragmentów skał.

Autor:

Źródło: Science

Platon sześcian rozpadanie się pękanie skał regularne kształty