Chaos i porządek w procesie rozpadu
Villermaux zbudował swoją koncepcję na pozornie wykluczających się założeniach. Z jednej strony sięgnął po ideę maksymalnej losowości, zakładającą, że podczas destrukcji obiektu najbardziej prawdopodobny jest zawsze najbardziej chaotyczny i nieregularny scenariusz. To intuicyjne podejście: gdy szklanka spada na ziemię, energia rozprasza się w nieprzewidywalny sposób, generując fragmenty o zróżnicowanych rozmiarach. Z drugiej strony fizyk wprowadził do równania zasadę zachowania, którą jego zespół identyfikował wcześniej. Ta reguła działa jak niewidzialne ograniczenie, zapewniając że ogólna skala fragmentacji – proporcja między dużymi i małymi kawałkami – nie może zmieniać się całkowicie przypadkowo podczas rozpadu. Połączenie chaosu z fizycznymi ograniczeniami okazało się kluczem do odczytania uniwersalnego wzorca.
Czytaj też: Fotony kwantowe generowane w strukturach cieńszych niż włos. Naukowcy otwierają drzwi do nowej ery
Kinematyczne ograniczenie zastosowane do zasady maksymalnej losowości wnioskuje zarówno o potęgowym kształcie rozkładu rozmiarów fragmentów, jak i o wartości jego wykładnika zależnego od wymiarowości – wyjaśnia Villermaux
Eksperyment z kostką cukru potwierdza teorię
Matematyczne założenia wymagały praktycznego potwierdzenia. Villermaux przeprowadził niecodzienny test, w ramach którego miażdżył pojedyncze kostki cukru i analizował powstałe odłamki. Wyniki z zadziwiającą precyzją potwierdziły matematyczne przewidywania. Bazując wyłącznie na trójwymiarowym kształcie kostki, badacz poprawnie określił konkretny wzorzec rozkładu rozmiarów fragmentów. Co bardziej znaczące, prawo doskonale pasowało do ogromnego zbioru danych o fragmentacji gromadzonych przez dziesięciolecia dla różnych materiałów. Od kruchych ciał stałych po ciecze – wszędzie tam, gdzie rozpad następował w sposób losowy, wzór się sprawdzał. To mocny argument za uniwersalnym charakterem odkrycia Villermaux.
Nie każdy proces destrukcji podlega jednak nowo odkrytemu prawu. Teoria najlepiej sprawdza się w przypadku obiektów rozpadających się w sposób chaotyczny – jak tłukąca się szklanka czy pękająca butelka. Wyzwaniem okazują się dwa specyficzne przypadki. Pierwszy dotyczy zbyt miękkich materiałów, takich jak niektóre tworzywa sztuczne. Ich elastyczność powoduje, iż energia rozpadu rozprzestrzenia się inaczej niż w strukturach kruchych. Drugi przypadek to nadmiernie uporządkowana destrukcja, na przykład strumień wody rozpadający się na krople pod wpływem napięcia powierzchniowego. Tutaj siły fizyczne generują fragmenty o bardzo zbliżonych rozmiarach, co przeczy zasadzie maksymalnej losowości.
Czytaj też: Granica Tsirelsona przekroczona. Eksperyment pokazuje zjawisko uznawane dotąd za niemożliwe
Odkrycie Villermaux tworzy nowe możliwości w przewidywaniu zachowania materiałów poddawanych naprężeniom. Potencjalne zastosowania obejmują inżynierię materiałową, projektowanie opakowań czy nawet geologię, gdzie procesy kruszenia skał odgrywają kluczową rolę. To kolejna ilustracja, jak pozornie proste pytanie: dlaczego rzeczy rozpadają się w określony sposób, prowadzi do głębszego zrozumienia fundamentalnych zasad przyrody. I choć nowe prawo fragmentacji nie stanowi ostatecznego rozwiązania wszystkich zagadek związanych z destrukcją materiałów, oferuje solidne podstawy do dalszych badań.