Choć brzmi to jak czysto akademicka teoria, ma ona zaskakująco wiele wspólnego z naszą codziennością. Od stłuczonego kubka po krople deszczu rozbijające się o szyby – wszystkie te zjawiska podlegają tej samej matematycznej logice. Villermaux nie tylko zidentyfikował uniwersalny wzorzec, ale również wyjaśnił, dlaczego natura preferuje właśnie taki, a nie inny sposób fragmentacji materii.
Nowe uniwersalne prawo fizyki
Podstawą nowego prawa jest zasada maksymalnej losowości, co na pierwszy rzut oka wydaje się paradoksalne. Jak chaos może stanowić podstawę przewidywalnego prawa? Villermaux przekonuje, że w większości przypadków najbardziej prawdopodobnym wynikiem rozpadu jest zawsze najbardziej nieuporządkowany i nieregularny scenariusz. To właśnie ta maksymalna losowość decyduje o tym, w jaki sposób obiekt się rozpadnie.
Czytaj też: Fizycy złamali 150-letnie prawo termodynamiki. Przekroczyli granicę sprawności Carnota
Równie istotne jest drugie odkrycie – prawo zachowania, które zespół Villermaux zidentyfikował wcześniej. Działa ono jak niewidzialna zasada zapewniająca, że ogólna skala fragmentów nie może zmieniać się losowo podczas rozpadu. Innymi słowy, proporcja między dużymi a małymi kawałkami jest ściśle określona i nie podlega dowolności. Połączenie obu zasad pozwoliło matematycznie przewidzieć uniwersalny wzorzec rozmiarów fragmentów. Gdy zliczy się odłamki według ich wielkości i sporządzi odpowiedni wykres, ma on identyczny kształt niezależnie od tego, jaki obiekt uległ zniszczeniu. To odkrycie potwierdza wieloletnie przypuszczenia naukowców dotyczące uniwersalnego charakteru fragmentacji.
Villermaux przetestował swoje prawo w dość nietypowym eksperymencie, krusząc pojedyncze kostki cukru. Wybór nie był przypadkowy – ich regularny, trójwymiarowy kształt umożliwia precyzyjne przewidywania matematyczne. Wyniki okazały się imponujące, gdyż prawo poprawnie przewidziało specyficzny wzorzec rozmiarów fragmentów na podstawie geometrii kostki. Co więcej, gdy Francuz porównał swoje przewidywania z ogromnymi zbiorami danych dotyczących fragmentacji gromadzonymi przez dziesięciolecia, dopasowanie było niemal idealne. Dane obejmowały różnorodne obiekty – od kruchych ciał stałych po ciecze – i we wszystkich przypadkach nowe prawo się sprawdzało.
Nowe prawo ma swoje ograniczenia, co Villermaux szczerze przyznaje. Zasada działa najlepiej, gdy obiekt rozpada się losowo, np. gdy szklanka nagle uderza o podłogę i pęka w nieprzewidywalny sposób. Problemy pojawiają się w dwóch sytuacjach: gdy materiał jest zbyt miękki, jak niektóre tworzywa sztuczne, które ulegają odkształceniu zamiast pękać, oraz przy zbyt uporządkowanym rozpadzie. Klasycznym przykładem tego drugiego przypadku jest strumień wody rozpadający się na krople, gdzie napięcie powierzchniowe powoduje powstawanie kropel mniej więcej tej samej wielkości, co stoi w sprzeczności z zasadą maksymalnej losowości.
Mimo tych ograniczeń odkrycie Villermaux stanowi istotny krok w zrozumieniu fizyki fragmentacji. Uniwersalne prawo, które działa dla tak różnorodnych materiałów i stanów skupienia, otwiera nowe możliwości w przewidywaniu zachowania materii. Może znaleźć zastosowanie w inżynierii materiałowej, przemyśle czy nawet w modelowaniu procesów geologicznych, gdzie fragmentacja skał odgrywa kluczową rolę. Choć nie rozwiązuje ono wszystkich zagadek związanych z rozpadem obiektów, z pewnością przybliża nas do lepszego zrozumienia fundamentalnych zasad rządzących tymi procesami.