Skoltech-matematikere har afsløret hemmeligheden bag dannelsen af de mest usædvanlige naturlige strukturer - yndefulde søjler, buer og andre arkitektoniske elementer, der ofte findes i bjergene, og offentliggjorde deres fund i Scientific Reports.
Jordens overflade ændres næsten hvert sekund på grund af bevægelser af kontinenter, cirkulation af klipper i dens tarm og forskellige former for erosion. De vigtigste "skulptører" af planetens ansigt er ikke mennesker, men vind, floder, regn, gletschere og andre kræfter og fænomener. I løbet af de sidste par århundreder har forskere opdaget flere hundrede erosionslandformer, i hvilke dannelsen af snesevis af forskellige processer og faktorer er involveret.
Det mest slående og usædvanlige af disse er de gigantiske stenbuer, broer, søjler og andre komplekse strukturer, der kan ses i bjergene, lavet af sandsten og andre bløde klipper. Historien om deres dannelse var et af de mest interessante mysterier for menneskeheden, og mange uvidende mennesker antog alvorligt, at de blev skulptureret af repræsentanter for gamle civilisationer eller endda "gæster" fra rummet.
For tre år siden fandt matematikere fra Charles University i Prag (Tjekkiet) ud af, at deres "billedhugger" var vinden og ikke udlændinge eller gamle arkitekter. De fandt ud af, at disse søjler og buer er resultatet af en usædvanlig proces med selvorganisering af sandkorn i sandstenlag, der eroderes af vinden, hvilket får dem til at klæbe tættere mod hinanden, når buen eller søjlen "fødes".
Igor Ostanin, en Skoltech-forsker, og hans kolleger blev interesseret i opdagelsen af tjekkiske kolleger, da de bemærkede, at det fænomen, de beskrev, ligner meget, hvordan de mest "avancerede" ingeniører og arkitekter i dag optimerer formen og strukturen på menneskeskabte søjler, buer og andre strukturer, hvor både høj styrke og lav vægt kræves.
”Vi kunne ikke undgå at bemærke, at lignende metoder til at finde optimale former for strukturer er vidt brugt i moderne industri. Disse metoder, evolutionær strukturel optimering, er baseret på gradvis fjernelse af ineffektivt materiale. Det mest slående aspekt ved denne lighed er, at det matematiske kriterium, hvormed materiale fjernes under optimering, er næsten nøjagtigt det samme som det kriterium, der følger af erosionsprocessens fysik,”siger Igor Ostanin, en Skoltech-forsker.
Vejledt af denne gæt gætte Ostanin og hans kolleger et sæt matematiske formler, der beskrev processen med vinderosion, og forsøgte at "bygge" en bue med den ved hjælp af en computermodel af sandstenformationen.
Det var ekstremt enkelt - sandsten bestod faktisk af mange næsten uafhængige terninger, der pressede på naboer med en bestemt styrke. Hvis denne kraft overskred en bestemt værdi, kunne vinden ikke flytte denne "terning" fra sin plads, og ellers forsvandt den fra laget efter en vis periode.
Salgsfremmende video:
Eksperimenterende med denne model bekræftede russiske forskere konklusionerne fra deres tjekkiske kolleger og afslørede flere fysiske principper, der forklarer, hvordan disse søjler og buer fødes. I sin mest generelle form var de i stand til at vise, at vinden spiller rollen som en slags "computer", der forsøger at forme sandstenlaget på en sådan måde, at en minimumsmængde elastisk deformationsenergi akkumuleres inde i den, meget gradvist og ved et uheld fjerner de svageste elementer fra strukturen.
Oprindeligt forløber denne proces meget hurtigt, men efter flere hundrede år, når formen på en søjle eller bue allerede nærmer sig det ideelle, bremser erosionen kraftigt ned, da næsten alle "terninger" begynder at klæbe til hinanden med stor kraft. Takket være dette kan ægte bjergbuer og søjler eksistere i millioner af år i næsten intakt form.
Sådanne konklusioner, som Ostanin bemærker, er vigtige ikke kun for ingeniører og geologer, men også for folk, der leder efter spor efter udenjordisk liv. Som russiske matematikere understreger, kan sådanne strukturer, som for eksempel kan opdages på Mars, i princippet ikke betragtes som spor af udenjordiske civilisationer.
