المزهرية المتساقطة، ومكعب السكر المسحوق، والفقاعة المنفجرة، كلها تشترك في شيء واحد – إنها تنفجر بنفس الطريقة. تحكي بوابة الأخبار Livecience.com كيف ساعدت السباغيتي والسكر أحد الفيزيائيين في العثور على صيغة رياضية جديدة
وفقا لبحث نشر في مجلة Physical Review Letters للعالم الفرنسي إيمانويل فيليرميو، يمكن لمعادلة رياضية أن تصف حجم الأجزاء التي تتشكل عندما ينكسر شيء ما. ويعتقد أن صيغته تنطبق على مجموعة واسعة من المواد، بما في ذلك المواد الصلبة والسوائل وفقاعات الغاز.
على الرغم من أن الشقوق تنتشر عبر الجسم بطرق غير متوقعة، فقد أظهرت التجارب أن حجم الشظايا ثابت بغض النظر عن المادة. بشكل متناسب، يتم تقسيم أي جسم إلى عدد معين من القطع الكبيرة والصغيرة – وكان العلماء يشتبهون سابقًا في أن هذا الثبات كان خاصية عامة للعملية نفسها.
لكن فييرمو لا يركز على تكوين الأجزاء، بل على الأجزاء نفسها. يعتقد الفيزيائي أن الأجسام المتشققة تتبع مبدأ “أقصى قدر من العشوائية” – فنوع التشقق الذي من المرجح أن يحدث هو الأكثر فوضوية. واحد يزيد من الإنتروبيا، المعروف أيضًا باسم الاضطراب.
لكن هذه العشوائية يجب، بطريقة أو بأخرى، أن تخضع لحدود معينة. ولمراعاة هذا الفارق الدقيق، طبق فييرمو قانون الحفظ الذي اكتشفه هو وزملاؤه في عام 2015. وهو يضيف حدودًا مادية لكثافة الحطام في الفضاء عندما يتحطم جسم ما.
وبإضافة المبدأين المذكورين أعلاه، حصل الفيزيائي على معادلة رياضية تصف نمط حجم الشظايا. ثم اختبر النتائج مقابل سنوات من البيانات المتعلقة بالأشياء الهشة، من الزجاج إلى قطع البلاستيك في المحيط، وقطرات السائل وحتى المعكرونة. وكانت جميعها متوافقة مع توزيع الحجم المتوقع. واختبر وييرمو المعادلة أيضًا بإسقاط أشياء ثقيلة على مكعبات السكر ومشاهدتها وهي تتكسر.
ومع ذلك، لا يتم تطبيق القوانين الجديدة دائمًا. على سبيل المثال، فهو لا يتعامل مع المواقف التي لا يوجد فيها عنصر العشوائية، مثل تكسر مجرى مائي سلس إلى قطرات من نفس الحجم. كما أن الصيغة لا تأخذ في الاعتبار الظروف التي تتفاعل فيها القطع مع بعضها البعض، كما هو الحال في بعض المواد البلاستيكية.