۲۹ نوامبر ۲۰۲۵، بویان استویکوفسکی-محققان یک قانون جهانی پیدا کردهاند که نحوهی خرد شدن اشیاء، از بطریهای شیشهای گرفته تا قطرات مایع، را پیشبینی میکند.
تکهتکه شدن، نحوهی خرد شدن اشیاء، مدتهاست که دانشمندان را مجذوب خود کرده است. محققان مشاهده کردهاند که اشیاء شکسته تمایل به تولید قطعاتی در طیف وسیعی از اندازهها دارند و توزیع این اندازهها اغلب از یک الگوی ثابت، صرف نظر از جنس، پیروی میکند.
بر اساس این درک، امانوئل ویلرمو از دانشگاه اکس-مارسی و موسسهی دانشگاهی فرانسه، یک قانون ساده و زیبا را تدوین کرده است که نحوهی خرد شدن اشیاء را توصیف میکند. رویکرد او در موارد بسیار متنوعی، از جمله جامدات شکننده، قطرات مایع و حبابهای در حال انفجار، کاربرد دارد.این قانون با ارائه یک چارچوب واحد، به توضیح اصول اساسی چگونگی شکستن مواد در زمینههای مختلف کمک میکند.
چرا اشیاء شکسته در آشوب از الگوها پیروی میکنند؟
ویلرمو با بررسی بینظمی شدید ایجاد شده در طول یک رویداد خرد شدن شروع کرد. او پیشنهاد کرد که در بیشتر موارد، نتیجه به طور طبیعی آشفتهترین و نامنظمترین پیکربندی خواهد بود، اصلی که او آن را به عنوان حداکثر تصادفی بودن توصیف کرد – اساساً، طبیعت مسیر کمترین مقاومت را دنبال میکند.
در همان زمان، ویلرمو تشخیص داد که حتی رویدادهای آشفته نیز محدود به محدودیتهای فیزیکی هستند. برای توضیح این موضوع، او یک قانون پایستگی را که تیمش قبلاً کشف کرده بود، اعمال کرد و اطمینان حاصل کرد که تصادفی بودن ظاهری تکهتکه شدن همچنان به محدودیتهای فیزیکی قابل پیشبینی پایبند است.
این قانون به عنوان یک چارچوب نامرئی عمل میکند و تضمین میکند که تعادل کلی تکهها – اینکه چه تعداد بزرگ در مقابل کوچک هستند – حتی با شکستن یک جسم نیز محدود باقی میماند. ویلرمو برای توسعه قانون جهانی تکهتکه شدن خود، اصل حداکثر تصادفی بودن را با قانون پایستگی ترکیب کرد.
Phys.org گزارش داد که این رویکرد امکان توزیع قابل پیشبینی اندازه قطعات را به طور طبیعی فراهم میکند و توضیحی یکپارچه برای چگونگی خرد شدن مواد در طیف وسیعی از زمینهها، از جامدات شکننده گرفته تا قطرات مایع و حبابهای منفجر شونده، ارائه میدهد.
ویلرمو با ترکیب اصول حداکثر تصادفی بودن و قانون پایستگی، توانست از نظر ریاضی یک الگوی جهانی برای اندازه قطعات پیشبینی کند. مدل او با دادههای تجربی دههها که طیف وسیعی از مواد از جامدات شکننده تا مایعات را پوشش میدهد، مطابقت نزدیکی دارد. نتایج نشان میدهد که علیرغم آشفتگی ظاهری خرد شدن، قوانین فیزیکی اساسی بر نحوه تشکیل قطعات حاکم هستند و توزیعهای قابل پیشبینی را در انواع مختلف اشیاء ایجاد میکنند.
ویلرمو برای اعتبارسنجی نظریه خود، با خرد کردن حبههای قند جداگانه، یک آزمایش خلاقانه انجام داد. او توانست اندازه قطعات حاصل را به طور دقیق پیشبینی کند و نشان دهد که الگوی شکست به خوبی شکل سهبعدی مکعب را منعکس میکند.
این قانون جهانی محدودیتهای خود را دارد – این قانون زمانی بهترین عملکرد را دارد که اشیاء به صورت تصادفی و نامنظم بشکنند، مانند زمانی که یک لیوان شیشهای روی زمین میافتد و خرد میشود. با این حال، این قانون برای مواد بسیار نرم، مانند برخی از پلاستیکها، که تمایل به تغییر شکل دارند تا تکهتکه شدن، دقت کمتری دارد.
همچنین، این قانون برای پیشبینی شکستگی زمانی که فرآیند بسیار منظم است، مانند تقسیم جریانی از آب به قطرات با اندازه مساوی تحت تأثیر کشش سطحی، با مشکل مواجه میشود. این استثنائات نشان میدهد که در حالی که این قانون بسیاری از رویدادهای خرد شدن طبیعی را در بر میگیرد، برخی از مواد و شرایط از قوانین متفاوتی پیروی میکنند.
