یک گلدان در حال سقوط، یک حبه قند خرد شده، و یک حباب در حال ترکیدن، همگی یک ویژگی مشترک دارند – آنها به یک شکل می ترکند. پورتال خبری livescience.com می گوید که چگونه اسپاگتی و شکر به یک فیزیکدان کمک کرد تا فرمول ریاضی جدیدی پیدا کند.
بر اساس تحقیقات منتشر شده در مجله Physical Review Letters توسط امانوئل ویلرمو، دانشمند فرانسوی، یک معادله ریاضی می تواند اندازه قطعاتی را که هنگام شکستن چیزی تشکیل می شوند، توصیف کند. او معتقد است فرمول او برای طیف گسترده ای از مواد، از جمله جامدات، مایعات و حباب های گاز کاربرد دارد.
اگرچه ترک ها به روش های غیرقابل پیش بینی در یک جسم منتشر می شوند، آزمایش ها نشان داده اند که اندازه قطعات بدون توجه به ماده ثابت است. به تناسب، هر جسم به تعداد معینی از قطعات بزرگ و کوچک تقسیم می شود – دانشمندان قبلاً گمان می کردند که این ثبات یک ویژگی کلی خود فرآیند است.
اما ویلرمو نه بر شکل گیری قطعات، بلکه بر روی خود قطعات تمرکز می کند. این فیزیکدان معتقد است که اجسام ترک خورده از اصل “حداکثر تصادفی” پیروی می کنند – نوع ترک خوردگی که به احتمال زیاد رخ می دهد آشفته ترین است. یکی که آنتروپی را افزایش می دهد که به نام بی نظمی نیز شناخته می شود.
اما این تصادفی بودن باید به هر نحوی از مرزهای خاصی تبعیت کند. برای توضیح این تفاوت، ویلرمو قانون حفاظتی را که توسط او و همکارانش در سال 2015 کشف شد، به کار برد. این قانون مرزهای فیزیکی را به تراکم زباله در فضا هنگام شکستن یک جسم اضافه می کند.
با افزودن دو اصل فوق، فیزیکدان یک معادله ریاضی به دست آورد که الگوی اندازه قطعات را توصیف می کند. او سپس نتایج را با سالها داده در مورد اشیاء شکننده، از شیشه گرفته تا قطعات پلاستیک در اقیانوس، قطرات مایع و حتی ماکارونی، آزمایش کرد. و همه با توزیع اندازه پیش بینی شده سازگار بودند. ویلرمو این معادله را با انداختن اجسام سنگین روی حبههای قند و تماشای ترک خوردن آنها آزمایش کرد.
با این حال، قوانین جدید همیشه اعمال نمی شوند. به عنوان مثال، با موقعیت هایی که هیچ عنصر تصادفی وجود ندارد، مانند شکستن یک جریان صاف آب به قطرات هم اندازه، سروکار ندارد. این فرمول همچنین شرایطی را که در آن قطعات با یکدیگر تعامل دارند، مانند برخی از پلاستیک ها، در نظر نمی گیرد.