Навіть мильні бульбашки рано чи пізно лопаються

Випадковість та хаос є невід'ємною частиною всесвіту. Однак, хоча стан всіх речей у кінцевому підсумку зводиться до чистої випадковості, вчені постійно досліджують змінні, що керують цими шансами, і працюють над розробкою правил та оптимальних алгоритмів, що можуть їх описати. Навіть те, що здається не піддається опису єдиною формулою, як кількість фрагментів, що утворюються при розбитті чогось, має фактори, які дозволяють обчислити відповідь.

Що робить це відкриття ще цікавішим, так це те, що ця відповідь застосовна до різних матеріалів, а не лише до схожих між собою; чи це тверде дзеркало, яке падає на землю, чи міхур, що лопається в повітрі — залежність між кількістю менших фрагментів і більшими слідує строгому ступеневому закону. Зрозуміло, що розуміння того, як розбиваються об'єкти, може не бути таким великим досягненням для науки, як повернення вимерлого птаха, але це відкриття має потенціал бути застосованим у природних катастрофах, космосі та навіть у людському суспільстві.

Еммануель Вільєрмо з Університету Екса-Марселя довів це минулого листопада в своїй статті, підходячи до проблеми фрагментації з іншої точки зору. У той час як більшість вчених намагалися розглядати специфіку через мікроскоп — вважаючи, що кількість фрагментів залежить від мікроматеріалів, з яких складається об'єкт — Вільєрмо зосередився на глобальних кінематиках, що впливають на об'єкт. Незалежно від матеріалу чи сили, що застосовується, сама сила геометрично ділить будь-який простір однаковим чином; величина сили може впливати на кількість фрагментів і їхній розмір, але не може змінити форму, на яку поділяється об'єкт.

Що таке ступеневий закон?

У нормальному розподілі можна знайти середнє значення, яке має найвищу частоту. Це також буде відповідати стандартному відхиленню, що означає, що можна очікувати значення, близькі до середнього, але не занадто віддалені від нього. Прикладом цього є зріст людини; середній зріст — це той, який зустрічається у більшості людей, і хоча можна знайти людей, що відрізняються від цього значення — не буде проблемою знайти людей, що мають зріст 5'1" чи 6'5", але неможливо знайти людину, яка була б 20 футів заввишки чи менше 12 дюймів.

Саме тут ступеневий закон відрізняється: у ступеневому законі немає строгих обмежень на величину, а середнє не є найчастішим значенням. Якщо ми побудуємо графік подій, що призводять до масштабних смертей — землетрусів, цунамі або ядерних катастроф — з їх частотою та величиною руйнувань, ми не знайдемо нормального розподілу. Є багато менших, відносно слабших подій, а потім є кілька, які були надзвичайно руйнівними. Однак, якщо ми зробимо середнє, то найпоширеніший масштаб руйнувань не буде середнім. Це тому, що величини більших подій не обмежені стандартними законами відхилення, і їхній розмір спотворює результати.

Вільєрмо довів, що будь-який розлам, незалежно від розміру, матеріалу чи зовнішніх обставин, слідує ступеневому закону щодо кількості фрагментів різного розміру, що утворюються. Простіше кажучи, кількість менших фрагментів пропорційно зростає до розміру більших фрагментів, і завжди буде більше менших часток, ніж більших шматків. Завдяки цьому можна точно визначити, скільки маленьких, середніх і великих фрагментів утвориться при застосуванні певної сили, якщо сила відома.

Чому це важливо?

Ступеневі закони управляють більшістю явищ у нашому світі. Закони фізики дуже точні в математичному сенсі, тому навіть на перший погляд, абсолютно не пов'язані між собою явища часто підкоряються тим самим правилам. Землетруси, ядерне випромінювання або те, як поширюється хвороба — це все можна описати за допомогою ступеневого закону. Таким чином, висновки Вільєрмо про механізми фрагментації та те, як об'єкти ламаються, можуть допомогти передбачити критичні зони під час землетрусу чи знайти шляхи для обмеження пандемії.

Оскільки ступеневі закони були виявлені, також з'явилися ідеї щодо їх застосування в соціальних науках. Оскільки ці закони можуть бути знайдені в різних, на перший погляд, незв'язаних явищах, так само, як під час фрагментації не обов'язково повинно бути спільне між різними типами речовин, майбутні розробки можуть використовувати той самий метод для вивчення того, як розподіляються соціальні групи та інші подібні тенденції.

Хоча цей ступеневий закон застосовується до майже всіх об'єктів, як рідких, так і твердих, є певні винятки. Наприклад, деякі безперервні, вільно текучі рідини — такі як вода, що витікає з крана — а також деякі види пластмас не зовсім підкоряються цьому правилу.

Підписуйтесь на наш Телеграм канал

Підписуйтесь на наш канал і будьте в курсі всіх останніх подій України та Світу

Відкрити канал