Хаосът и непредсказуемостта изглежда доминират във Вселената. Те оказват значително влияние и върху някои ежедневни процеси като например разбиването на даден обект след удар, което е почти невъзможно да се изчисли. За да разберат този процес на фрагментиране, учените са опитали редица подходи – от анализиране на микроскопичните процеси на разпространение на пукнатините до разглеждане на целия процес като „фазов преход“, при който енергията достига определен праг, което води до неизбежно счупване.

В ново проучване учени от Университета в Екс-Марсилия, Франция, обаче се отказват от изучаването на тези дребни детайли и вместо това се съсредоточават върху по-широката картина. Според теоретичния физик Ференц Кун, който е автор на съпътстваща статия за това ново проучване, екипът е предположил, че фрагментацията следва процес на „максимална случайност“, което означава, че сред всички възможни пътища, по които нещо може да се счупи, то винаги ще следва този, който ще максимизира ентропията. След това той изброява как нещата могат да се счупят – от ниска ентропия (няколко парчета) до по-висока ентропия (много парчета), като използва процес, подобен на този, с който физиците са извели закони от големи събрания на частици през XIX век.

Ентропията е фундаментално понятие във физиката и теорията на информацията, което представлява степента на безредие, случайност или разсейване на енергията в дадена система и е в основата на Втория закон на термодинамиката, който гласи, че общата ентропия на изолирана система има тенденция да се увеличава с течение на времето, движейки се към максимално безредие или равновесие.

„Резултатите показват, че статистическите характеристики на фрагментацията може би се определят не от микроскопичните детайли на пукнатините или нестабилностите, а от това как случайността се ограничава от глобалната кинематика“, пише Кун за Physics. „Такава перспектива напомня историческото развитие на статистическата механика, в която макроскопичните закономерности възникват от вероятностни закони, а не от подробна динамика.“

Френският екип е тествал тази рамка както в дуктилни, така и във вискоеластични материали и чрез модифициране на степенния закон – математическо свойство, при което една величина може да повлияе на степента на друга – резултатите са били последователни, показвайки, че този общ закон се отнася за много различни видове материали. Кун твърди, че не е изненадващо, че фрагментацията следва по-голям принцип, но приложимостта му към различни материали е била неочаквана. Странно, но счупването на по-меки материали като пластмасите не се вписва толкова добре в този математически модел.

Въпреки това разкриването на по-голям принцип зад фрагментацията може да бъде от полза както за науката, така и за индустрията.

„Принципът може да помогне на учените да определят как различни физични процеси влияят върху разпределението на размера на фрагментите в промишлени, геофизични и астрофизични условия“, пише Кун. В интервю за New Scientist Кун споменава също, че неща като добив на руда или анализ на въздействието на потенциални каменни падания в резултат на климатичните промени биха могли да се възползват от това изследване.

Така изглежда, че вселената не е толкова хаотична, колкото си мислехме.

Снимка: Pexels

Виж още: Часовниците на Марс вървят с 477 микросекунди по-бързо от тези на Земята. Ето как бъдещите изследвания ще компенсират тази разлика