Ще одна константа
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Ми ще у школі звикли, що у рівняння багатьох фізичних законів входять у вигляді числових коефіцієнтів так звані фундаментальні постійні, чи світові константи. Але в природі поряд із упорядкованістю, гармонією завжди є безлад, світ випадкових подій. Вдарте, припустимо, по цеглі молотком. Кожен скаже, що в тому, як вона трісне, розколеться, немає закономірності. Тут все залежить випадково від удару.
Але експерименти, проведені нещодавно говорять про протилежне. Щоправда, вчені не били молотком по цеглі, а вивчали тривалу міцність різних матеріалів. При цьому вони звернули увагу на дивне повторення результатів. Незалежно від матеріалу, швидке руйнування будь-якого зразка починалося при деформуванні щоразу після того, як відношення розмірів тріщин до відстані між ними наближалося до значення 3,5. Випадковість? Роботи вчених показують, що тут діє не випадковість, а певна чітка закономірність. Було проаналізовано розміри шматків гірської породи, роздробленої підземними вибухами, частинок торфу, подрібненого різними способами, розміри блоків земної кори, отримані з допомогою космосу.
І завжди виявлялося, що є «переважні» розміри тих частин, на які розпадається ціле — твердий матеріал. Причому знайдені величини цих переважних розмірів складаються в ієрархічний ряд, який описується геометричною прогресією зі знаменником, близьким до 3,5.
Таке ж співвідношення було виявлено і в розподілі мас і розмірів малих тіл Сонячної системи — супутників та астероїдів. Чи говорить це про те, що астероїди — залишки планети, що колись розпалася, або, навпаки, на наших очах утворюється нова планета? Адже об’єднання, консолідація окремих частинок у великі блоки також може відбуватися за законом геометричної прогресії.
Чому ж матеріали з різними фізико-хімічними властивостями поводяться так подібно, причому незалежно від масштабу явища? Надійних пояснень наразі немає. Висловлюється припущення, що наблизитися до розуміння причини можна, розглядаючи твердий матеріал як систему окремих елементів, що знаходяться у своєму енергетичному стані — від стабільного до нестійкого. Коли відбувається деформування, тобто при надходженні енергії ззовні та взаємодії елементів один з одним, їх властивості так само, як і властивості всієї системи, будуть змінюватися. Ці зміни, що призводять до нестійкості системи, мають схожий характер будь-яких масштабів. Але у такому разі незрозуміло, звідки береться «первинний» масштаб?
Нова стала знайшла несподіване застосування і в геології. На нашій планеті піднімалися і опускалися континенти, відступало і наступало море, періодично змінювався клімат. Глобальні цикли, що змінювали лик планети, складалися, своєю чергою, з коротких періодів, а ті — з ще короткочасніших. Співвідношення між ними також близько 3,5.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.