Matematiki Skoltech so razkrili skrivnost nastanka najbolj nenavadnih naravnih struktur - gracioznih stebrov, obokov in drugih arhitekturnih elementov, ki jih je pogosto mogoče najti v gorah, in svoja spoznanja objavili v znanstvenih poročilih.
Videz Zemlje se spreminja skoraj vsako sekundo zaradi gibanja celin, kroženja kamnin v njenih globinah in različnih oblik erozije. Glavni "kiparji" obraza planeta niso ljudje, ampak veter, reke, deževje, ledeniki in druge sile in pojavi. V zadnjih nekaj stoletjih so znanstveniki odkrili več sto erozijskih oblik zemlje, v oblikovanje katerih je vključenih več deset različnih procesov in dejavnikov.
Najbolj presenetljivi in nenavadni od njih so orjaški kamniti loki, mostovi, stebri in druge zapletene strukture, ki jih je mogoče videti v gorah, narejene iz peščenjaka in drugih mehkih kamnin. Zgodovina njihovega nastanka je bila ena najzanimivejših skrivnosti za človeštvo in mnogi nevedni ljudje so resno domnevali, da so jih izrisali predstavniki starodavnih civilizacij ali celo "gostje" iz vesolja.
Pred tremi leti so matematiki z Karlove univerze v Pragi (Češka) ugotovili, da je njihov "kipar" veter, in ne tujci ali starodavni arhitekti. Ugotovili so, da so ti stolpci in loki posledica nenavadnega procesa samoorganiziranja peščenih zrn znotraj slojev peščenjaka, ki jih erotira veter, zaradi česar se med seboj tesneje prilegajo, ko se lok ali stolpec "rodi".
Igor Ostanin, raziskovalec podjetja Skoltech, in njegovi sodelavci so se začeli zanimati za odkritje čeških kolegov, ko so opazili, da je pojav, ki so ga opisali, zelo podoben temu, kako danes najbolj "napredni" inženirji in arhitekti optimizirajo obliko in strukturo umetnih stebrov, obokov in drugih struktur, kjer potrebna sta velika trdnost in majhna teža.
»Nismo mogli ne opaziti, da se podobne metode iskanja optimalnih oblik struktur pogosto uporabljajo v sodobni industriji. Te metode, evolucijska strukturna optimizacija, temeljijo na postopnem odstranjevanju neučinkovitega materiala. Najbolj presenetljiv vidik te podobnosti je, da je matematični kriterij, po katerem se material odstrani med optimizacijo, skoraj popolnoma enak tistemu, ki izhaja iz fizike procesa erozije, pravi Igor Ostanin, raziskovalec pri Skoltechu.
V skladu s to ugibanjem so Ostanin in njegovi sodelavci ustvarili nabor matematičnih formul, ki opisujejo proces vetrne erozije, in poskušali z njo "zgraditi" lok z uporabo računalniškega modela nastanka peščenjaka.
Bilo je izjemno preprosto - peščenjak je bil v resnici sestavljen iz mnogih skoraj nepovezanih kock, ki so z določeno silo pritiskale na sosede. Če je ta sila presegla določeno vrednost, potem veter te "kocke" ne bi mogel premakniti s svojega mesta in drugače po določenem času izginil iz plasti.
Promocijski video:
Eksperimentirajoč s tem modelom so ruski znanstveniki potrdili ugotovitve svojih čeških kolegov in razkrili več fizikalnih načel, ki pojasnjujejo, kako nastajajo ti stebri in oboki. V svoji najbolj splošni obliki so lahko pokazali, da veter igra vlogo nekakšnega "računalnika", ki poskuša plast peščenjaka oblikovati v minimalno količino elastične energije deformacije, zelo postopoma in po naključju odstrani najšibkejše elemente s konstrukcije.
Sprva se ta postopek nadaljuje zelo hitro, a po nekaj sto letih, ko se oblika stebra ali loka že približa idealu, se erozija močno upočasni, saj se skoraj vse "kocke" začnejo med seboj z veliko silo. Zahvaljujoč temu lahko resnični gorski loki in stebri obstajajo milijone let v skoraj nedotaknjeni obliki.
Takšni sklepi, kot ugotavlja Ostanin, niso pomembni samo za inženirje in geologe, temveč tudi za ljudi, ki iščejo sledi nezemeljskega življenja. Kot poudarjajo ruski matematiki, takšnih struktur, ki jih lahko na primer odkrijemo na Marsu, načeloma ni mogoče šteti za sledi nezemeljskih civilizacij.
