Skoltech matemātiķi ir atklājuši visneparastāko dabisko struktūru veidošanās noslēpumu - graciozas kolonnas, arkas un citus arhitektūras elementus, ko bieži var atrast kalnos, un savus secinājumus publicējis žurnālā Scientific Reports.
Zemes izskats mainās gandrīz katru sekundi kontinentu pārvietošanās, iežu cirkulācijas dēļ tās dziļumā un dažādu erozijas formu dēļ. Galvenie planētas sejas “tēlnieki” nav cilvēki, bet gan vējš, upes, lietus, ledāji un citi spēki un parādības. Dažu pēdējo gadsimtu laikā zinātnieki ir atklājuši vairākus simtus erozijas zemes formējumu, kuru veidošanā ir iesaistīti desmitiem dažādu procesu un faktoru.
Visspilgtākās un neparastākās no tām ir no smilšakmens un citām mīkstajām klintīm izveidotās milzu akmens arkas, tilti, kolonnas un citas kalnos redzamas sarežģītas konstrukcijas. Viņu veidošanās vēsture bija viens no visinteresantākajiem cilvēces noslēpumiem, un daudzi nezinoši cilvēki nopietni uzskatīja, ka tos skulptūru veidojuši seno civilizāciju pārstāvji vai pat "viesi" no kosmosa.
Pirms trim gadiem matemātiķi no Kārļa universitātes Prāgā (Čehijas Republika) uzzināja, ka viņu "tēlnieks" ir vējš, nevis citplanētieši vai senie arhitekti. Viņi atklāja, ka šīs kolonnas un arkas rodas neparasta smilšu graudu pašorganizācijas procesa rezultātā smilšakmens slāņos, kurus iznīcina vējš, un tas izraisa to stingrāku pieķeršanos viens otram, jo arka vai kolonna ir "dzimusi".
Skoltech pētnieks Igors Ostanins un viņa kolēģi ieinteresējās par Čehijas kolēģu atklājumiem, kad pamanīja, ka viņu aprakstītā parādība ir ļoti līdzīga tam, kā mūsdienīgākie inženieri un arhitekti optimizē cilvēka veidoto kolonnu, arku un citu konstrukciju formu un struktūru, kur ir nepieciešama gan liela izturība, gan mazs svars.
Mēs nevarējām nepamanīt, ka mūsdienu rūpniecībā plaši tiek izmantotas līdzīgas metodes optimālu konstrukciju formu atrašanai. Šīs metodes, evolūcijas strukturālā optimizācija, ir balstītas uz pakāpenisku neefektīva materiāla noņemšanu. Visspilgtākais šīs līdzības aspekts ir tas, ka matemātiskais kritērijs, pēc kura materiāls tiek noņemts optimizācijas laikā, ir gandrīz tieši tāds pats kā kritērijs, kas izriet no erozijas procesa fizikas,”saka Skoltech pētnieks Igors Ostanins.
Vadoties pēc šī minējuma, Ostanins un viņa kolēģi izveidoja matemātisko formulu komplektu, kas apraksta vēja erozijas procesu, un mēģināja "uzbūvēt" arku, izmantojot to, izmantojot smilšakmens veidošanās datormodeli.
Tas bija ārkārtīgi vienkārši - smilšakmens faktiski sastāvēja no daudziem gandrīz nesaistītiem klucīšiem, kas ar noteiktu spēku uzspieda kaimiņus. Ja šis spēks pārsniedza noteiktu vērtību, tad vējš nevarēja šo "kubu" izkustināt no savas vietas, un pretējā gadījumā pēc noteikta laika tas pazuda no slāņa.
Reklāmas video:
Eksperimentējot ar šo modeli, krievu zinātnieki apstiprināja savu Čehijas kolēģu atradumus un atklāja vairākus fiziskus principus, kas izskaidro, kā šīs kolonnas un arkas dzimst. Tās vispārīgākajā formā viņi spēja parādīt, ka vējš spēlē sava veida "datora" lomu, kurš mēģina smilšakmens slāni veidot tā, lai minimālais elastīgās deformācijas enerģijas daudzums uzkrājas tā iekšpusē, ļoti pakāpeniski un nejauši noņemot no struktūras vājākos elementus.
Sākumā šis process norit ļoti ātri, taču pēc vairākiem simtiem gadu, kad kolonnas vai arkas forma jau tuvojas ideālam, strauji palēninās erozija, jo gandrīz visi "klucīši" sāk pieķerties viens otram ar lielu spēku. Pateicoties tam, reālas kalnu arkas un kolonnas miljoniem gadu var pastāvēt gandrīz neskartā formā.
Šādi secinājumi, kā atzīmē Ostanins, ir svarīgi ne tikai inženieriem un ģeologiem, bet arī cilvēkiem, kuri meklē ārpuszemes dzīves pēdas. Tagad, kā uzsver krievu matemātiķi, šādas struktūras, kuras, piemēram, var atklāt uz Marsa, principā nevar uzskatīt par ārpuszemes civilizāciju pēdām.
