Skoltechskí matematici odhalili tajomstvo formovania najneobvyklejších prírodných štruktúr - pôvabných stĺpcov, oblúkov a ďalších architektonických prvkov, ktoré sa často nachádzajú v horách, a svoje zistenia publikovali vo vedeckých správach.
Vzhľad Zeme sa mení takmer každú sekundu v dôsledku pohybu kontinentov, cirkulácie hornín v jeho hĺbkach a rôznych foriem erózie. Hlavnými „sochármi“tváre planéty nie sú ľudia, ale vietor, rieky, dažde, ľadovce a iné sily a javy. V posledných niekoľkých storočiach vedci objavili niekoľko stoviek eróznych foriem, do ktorých sa podieľajú desiatky rôznych procesov a faktorov.
Najvýraznejšími a neobvyklými z nich sú obrie kamenné oblúky, mosty, stĺpy a ďalšie zložité štruktúry, ktoré sú v horách viditeľné, vyrobené z pieskovca a iných mäkkých hornín. História ich formovania bola pre ľudstvo jednou z najzaujímavejších záhad a mnoho neznalých ľudí vážne predpokladalo, že ich vyrezávali predstavitelia starovekých civilizácií alebo dokonca „hostia“z vesmíru.
Pred tromi rokmi matematici z Karlovej univerzity v Prahe (Česká republika) zistili, že ich „sochárom“bol vietor, a nie cudzinci alebo starí architekti. Zistili, že tieto stĺpce a oblúky sú výsledkom neobvyklého procesu samoorganizácie pieskových zŕn v pieskovcových vrstvách, ktoré sú erodované vetrom, čo spôsobuje, že sa pevnejšie priľnú k sebe, keď sa oblúk alebo stĺpik „rodia“.
Igor Ostanin, vedecký pracovník spoločnosti Skoltech, a jeho kolegovia sa začali zaujímať o objav českých kolegov, keď si všimli, že jav, ktorý opísali, je veľmi podobný tomu, ako dnes „najpokročilejší“inžinieri a architekti optimalizujú tvar a štruktúru umelých stĺpov, oblúkov a iných štruktúr, kde Vyžaduje sa vysoká pevnosť aj nízka hmotnosť.
„Nemohli sme si pomôcť, ale všimli sme si, že podobné metódy hľadania optimálnych foriem štruktúr sa v modernom priemysle bežne používajú. Tieto metódy, evolučná optimalizácia štruktúry, sú založené na postupnom odstraňovaní neúčinného materiálu. Najvýraznejším aspektom tejto podobnosti je to, že matematické kritérium, ktorým je materiál odstránený počas optimalizácie, je takmer úplne rovnaké ako kritérium, ktoré vyplýva z fyziky procesu erózie, “hovorí Igor Ostanin, výskumný pracovník spoločnosti Skoltech.
Na základe tohto odhadu Ostanin a jeho kolegovia vytvorili súbor matematických vzorcov popisujúcich proces veternej erózie a pokúsili sa s ním „vybudovať“oblúk pomocou počítačového modelu pieskovcovej formácie.
Bolo to veľmi jednoduché - pieskovec v skutočnosti pozostával z mnohých takmer neprepojených kociek, ktoré pritláčali na susedov určitou silou. Ak táto sila presiahne určitú hodnotu, vietor nemohol túto „kocku“presunúť zo svojho miesta, inak po určitej dobe zmizla z vrstvy.
Propagačné video:
Experimenty s týmto modelom ruskí vedci potvrdili zistenia svojich českých kolegov a odhalili niekoľko fyzikálnych princípov, ktoré vysvetľujú, ako sa tieto stĺpce a oblúky rodia. Vo svojej najbežnejšej podobe dokázali ukázať, že vietor hrá úlohu určitého druhu „počítača“, ktorý sa snaží tvarovať pieskovcovú vrstvu takým spôsobom, že sa v nej akumuluje minimálne množstvo elastickej deformačnej energie, veľmi postupne a náhodne odstraňuje najslabšie prvky zo štruktúry.
Spočiatku tento proces prebieha veľmi rýchlo, ale po niekoľkých sto rokoch, keď sa tvar stĺpca alebo oblúka už blíži k ideálu, erózia sa prudko spomaľuje, pretože takmer všetky „kocky“sa začnú veľmi dobre držať. Vďaka tomu môžu skutočné horské oblúky a stĺpy existovať milióny rokov v takmer neporušenej podobe.
Takéto závery, ako poznamenáva Ostanin, sú dôležité nielen pre inžinierov a geológov, ale aj pre ľudí, ktorí hľadajú stopy mimozemského života. Ako zdôrazňujú ruskí matematici, také štruktúry, ktoré sa dajú objaviť napríklad na Marse, sa v súčasnosti nemôžu považovať za stopy mimozemských civilizácií.