При разпада на нещата предимство имат по-енергоемките пътища

Фрагментацията, или как нещата се чупят, може да изглежда случаен процес, но ново проучване показва, че фрагментацията всъщност следва процес за максимизиране на ентропията.

Това поведение е проява на широк принцип, наречен „максимална случайност“. Изненадващо, този процес може да се приложи към най-различни материали и би могъл да повлияе както на науката, така и на индустрията.

Ентропия е физична величина, която представлява мярка за безпорядъка на термодинамичните системи. Според втория закон на термодинамиката, общата ентропия на една изолирана система никога не намалява с течение на времето - тя или остава постоянна (при идеален обратим процес), или се увеличава (при всички реални, необратими процеси). Тази тенденция води до по-равномерно разпределение на енергията и материята, което ние възприемаме като движение от подредено към по-хаотично или разпръснато състояние.

Във Вселената изглежда доминират хаосът и непредсказуемостта. Те също така оказват значително влияние върху определени ежедневни процеси, като например защо е почти невъзможно за изчисляване как ще изглежда един обект след удар.

За да разберат този процес на фрагментация, учените са опитали редица подходи, от анализ на микроскопичните процеси на разпространение на пукнатини до третиране на целия процес като „фазов преход“, когато енергията достигне определен праг, което води до непосредствено счупване.

В ново проучване, публикувано в списанието Physical Review Letters, обаче Еманюел Вилермо (Emmanuel Villermaux) от университета Екс-Марсилия във Франция се отдръпва от изучаването на тези дребни детайли и вместо това се фокусира върху по-широката картина.

Според теоретичния физик Ференц Кун (Ferenc Kun), който е написал съпътстваща статия към това ново проучване, Вилермо е предположил, че фрагментацията следва процес на „максимална случайност“, което означава, че сред всички възможни начини, по които нещо може да се счупи, то винаги ще следва този, който ще увеличи максимално ентропията.

След това той изброява как нещата могат да се счупят, от ниска ентропия (няколко парчета) до по-висока ентропия (много парчета), използвайки подобен процес на начина, по който физиците са извеждали закони от големи съвкупности от частици през 19-ти век, заявява Вилермо пред New Scientist.

„Констатациите показват, че статистическите характеристики на фрагментацията може да са продиктувани не от микроскопичните детайли на пукнатините или нестабилностите, а от това как случайността е ограничена от глобалната кинематика“, пише Кун за Physics. „Подобна перспектива напомня за историческото развитие на статистическата механика, в която макроскопичните закономерности произтичат от вероятностни закони, а не от подробна динамика."

Според Кун Вилермо е тествал тази рамка както в пластични, така и в вискоеластични материали и чрез модифициране на степенния закон – математическо свойство, при което едно количество може да повлияе на степента на друго – резултатите са последователни, показвайки, че този общ закон се прилага за много различни видове материали.

Кун твърди, че не е изненадващо, че фрагментацията следва по-голям принцип, но приложимостта му към различни материали е неочаквана. Въпреки това, законът за максималната случайност на Вилермо не се отнася за всеки материал. Странно, но разрушаването на по-меки материали, като пластмасите, не се вписва толкова добре в тази математическа матрица.

Разкриването на по-голям принцип зад фрагментацията обаче може да бъде от полза както за науката, така и за индустрията.

„Принципът би могъл да помогне на учените да определят как различните физични процеси влияят върху разпределението на размера на фрагментите в индустриални, геофизични и астрофизични условия“, пише Кун.

В разговор с New Scientist, Кун също споменава, че неща като добива на руда или анализа на въздействието на потенциално срутване на скали биха могли да се възползват от това изследване.

Изглежда Вселената се стреми към хаос по максимално хаотичен начин.

Справка: Fragmentation: Principles versus Mechanisms; Emmanuel Villermaux; Phys. Rev. Lett. 135, 228201 – Published 26 November, 2025; DOI: https://doi.org/10.1103/r7xz-5d9c 

Източник: Scientists Just Discovered a New Law of Physics, Рopular Мechanics