Düşen bir vazo, ezilen bir küp şeker ve patlayan bir baloncuk... Hepsinin ortak bir noktası var: Bir nesne parçalandığında oluşan kırıkların boyut dağılımını açıklayan yeni bir matematiksel denklem, bu nesnelerin hep benzer şekillerde dağıldığını ortaya koyuyor.
Fransa'da görevli bir bilim insanı tarafından keşfedilen bu matematiksel denklem, bir nesnenin parçalanması sonucu oluşan kırıkların boyutlarını tarif ediyor. Yapılan yeni bir çalışma, bu denklemin katı, sıvı ve gaz baloncukları dahil olmak üzere çok çeşitli malzemeler için geçerli olduğunu gösteriyor.
Çatlakların bir nesne üzerinde genellikle öngörülemeyen yollarla yayıldığı bilinse de, elde edilen kırıkların boyut dağılımının tutarlı olduğu, malzemenin ne olduğundan bağımsız olarak belirli bir oranda büyük ve küçük parçaların beklenebildiği gözlemlenmişti. Bilim insanları, bu tutarlılığın kırılma süreciyle ilgili evrensel bir ipucu taşıdığına inanıyordu.
Kırıkların nasıl oluştuğuna odaklanmak yerine, Aix-Marseille Üniversitesi'nden fizikçi Emmanuel Villermaux, kırıkların kendilerini inceledi. Yeni çalışmasında Villermaux, parçalanan nesnelerin "maksimum rastgelelik" prensibine uyduğunu öne sürdü. Bu prensip, en olası parçalanma deseninin en karmaşık olan, yani entropiyi veya düzensizliği en üst düzeye çıkaran desen olduğunu belirtiyor.
Ancak bu rastgeleliğin belirli sınırlara uyması gerekiyor. Bu durumu hesaba katmak için Villermaux, kendisinin ve meslektaşlarının 2015 yılında keşfettiği bir "korunum yasası"nı devreye soktu. Bu yasa, bir nesne parçalandığında uzaydaki kırık yoğunluğuna fiziksel kısıtlamalar getiriyor.
İki prensibi birleştirerek Villermaux, parçalanmış bir nesnenin kırık boyutlarının desenini tanımlayan bir matematiksel denklem türetti. Ardından denklemin tahminlerini, cam, spagetti, sıvı damlacıkları, gaz baloncukları, okyanustaki plastik parçacıkları ve hatta erken dönem taş aletlerden elde edilen pullar gibi çeşitli nesneler üzerinde yıllarca toplanan parçalanma verileriyle karşılaştırarak denklemi doğruladı. Tüm veriler, öngörülen boyut dağılımıyla eşleşti.
Villermaux ayrıca denklemi, küp şekerlerin üzerine ağır nesneler düşürerek ve nasıl parçalandıklarını gözlemleyerek test etti. Bilim insanı, bu deneyi çocuklarıyla birlikte yaptığını ve verilerin açıklamasını iyi bir şekilde ortaya koyduğunu belirtti.
Ancak, yeni keşfedilen yasa her zaman geçerli değil. Örneğin, eşit boyutlu damlacıklara ayrılan pürüzsüz bir sıvı akışı gibi rastgeleliğin olmadığı durumlarda geçerli olmuyor. Aynı şekilde, bazı plastiklerde olduğu gibi kırıkların birbirleriyle etkileşimde bulunduğu koşulları da kapsamıyor.
Macaristan'daki Debrecen Üniversitesi'nden fizikçi Ferenc Kun, parçalanmayı anlamanın, maden endüstrisinde cevherlerin parçalanmasında enerjinin nasıl harcandığını belirlemeye veya kaya düşmelerine karşı hazırlıklı olmaya yardımcı olabileceğini belirtti.
Villermaux, gelecekteki çalışmaların, bir kırığın olası en küçük boyutunu belirlemeyi içerebileceğini dile getirdi.
Ayrıca, farklı kırıkların şekillerinin de benzer bir ilişkiyi takip edebileceği düşünülüyor.
