Физики раскрыли скрытый закон хаоса: почему стекло, лёд и пузыри ломаются одинаково

Закон Виллермо объяснил структуру осколков при ударе — Новая Наука

В мире физики иногда происходят открытия, которые не просто объясняют отдельные явления, а меняют представление о закономерностях, стоящих за сотнями разрозненных процессов. Именно такой случай недавно привлёк внимание международного научного сообщества. Французские исследователи представили универсальный закон, который описывает, как разрушаются разные объекты — от стеклянных бутылок до хрупких кристаллов и даже пузырей. Новый подход показал, что хаос разрушения на самом деле подчиняется чёткой логике, а процессы дробления гораздо предсказуемее, чем кажется на первый взгляд. Об этом сообщает сетевое издание "Новая Наука".

Новый взгляд на хаос разрушения

Теория, предложенная исследователем Эммануэлем Виллермо из Университета Экс-Марсель, объединяет явления, которые раньше рассматривались отдельно: разрушение твёрдых хрупких материалов, распад жидких капель, процессы лопания пузырей. Все эти события выглядят хаотичными, но, как показали новые результаты, их можно описать общим механизмом. Учёный начал с наблюдения за тем, как формируется беспорядок в момент разрушения. Он предположил, что природа выбирает наиболее естественный путь — вариант, в котором результат оказывается максимально нерегулярным. Такой подход основан на принципе максимальной случайности, предполагающем, что множество возможных исходов сливаются в один наиболее вероятный вариант.

Однако хаос не означает отсутствие правил. Даже самые беспорядочные процессы подчинены физическим ограничениям: энергия, направление удара, структура объекта — всё это влияет на конечный результат. Для описания этих влияний Виллермо использовал открытый ранее его командой закон сохранения, который описывает баланс фрагментов при дроблении. Этот закон определяет, что даже при полном разрушении объекта соотношение крупных и мелких обломков формируется не случайным образом, а остаётся в рамках предсказуемой структуры.

Объединив оба подхода — максимальную случайность и ограничивающий закон сохранения, — исследователь вывел модель, позволяющую прогнозировать, как объект распадётся на фрагменты. Эта модель универсальна: она подходит для стекла, льда, сахара, капель жидкости и многих других материалов.

Как работает универсальный закон разрушения

Главная особенность нового закона в том, что он позволяет объяснить распределение фрагментов при "взрывном" разрушении. Обычно при ударе стеклянного объекта образуется множество мелких осколков и несколько относительно крупных. При лопании пузыря можно увидеть аналогичную картину: часть жидкости распадается на микрокапли, а часть сохраняет более крупные размеры. Удивительно, но эти процессы структурно похожи.

Исследование показало, что фрагментация происходит по универсальному принципу: распределение размеров осколков всегда стремится к определённому балансу. Этот баланс определяется формой тела, характером удара и общей физической структурой материала. Даже если разрушение выглядит хаотично, существует скрытый порядок, который можно описать математически.

Для проверки своей теории Виллермо провёл наглядный эксперимент. Он раскалывал кубики сахара-рафинада и фиксировал размеры получившихся осколков. Результаты удивительно точно совпали с предсказанной моделью, подтверждая, что форма объекта определяет характер его разрушения. Подобный эксперимент можно провести практически с любым хрупким материалом — от мела до тонкого льда.

Важной особенностью нового закона стала его совместимость с десятилетиями экспериментальных данных. Учёный сравнил свою модель с результатами, накопленными в исследованиях деструкции стекла, керамики, жидкостей, горных пород. Практически во всех случаях универсальный закон давал точные или близкие к точности предсказания. Это позволило предположить, что фрагментация подчиняется фундаментальным законам природы.

Ограничения универсального закона и его применение

Несмотря на впечатляющую точность, у закона есть пределы применимости. Он лучше всего описывает события, происходящие быстро и хаотично — например, падение стеклянного стакана или разрыв пузыря. В таких ситуациях объект не успевает деформироваться, а сразу распадается на части. Но если материал мягкий и склонен к растяжению, ситуация становится иной.

Мягкие пластики, например, не дробятся, а размягчаются и растягиваются, поэтому универсальный закон предсказывает их разрушение не так точно. Ещё один важный пример — расщепление струи воды, превращающейся в последовательность одинаковых капель под действием поверхностного натяжения. Это высокоупорядоченный процесс, где хаоса практически нет, а значит — универсальный закон не может точно описать его.

Эти исключения указывают на то, что хотя новый закон охватывает множество типов разрушений, он не является абсолютным. Но это не умаляет его значения: впервые исследователи получили математический инструмент, который в большинстве случаев позволяет понять, почему объекты ломаются так, как они ломаются.