قانون جهانی جدید پیش‌بینی می‌کند که اکثر اشیا چگونه می‌شکند؛ از بطری‌های افتاده تا حباب‌های منفجر شده
وقتی یک بشقاب می‌افتد یا لیوانی می‌شکند، از شلوغی و هزینهٔ جایگزین‌کردن آن‌ها ناراحت می‌شوید. اما برای برخی فیزیکدانان، قطعات شکسته منبع جذابیتی هستند: چرا همه چیز به‌طوری شکسته می‌شود که اندازه‌های متنوعی به خود می‌گیرد؟ امروزه، امانوئل ویِلرمُو از دانشگاه ایکس‑مارسیه فرانسه و مؤسسهٔ دانشگاهی فرانسه، قانون ساده و زیبا‌ای برای نحوهٔ شکستن اشیا ارائه داده‌اند، چه این اشیا جامدهای شکننده، قطرات مایع یا حباب‌های منفجر شده باشند.
دانشمندان مدت‌هاست که بر این باورند که پدیدهٔ تجزیه دارای طبیعتی جهانی است. اگر تعداد قطعات در هر بازهٔ اندازه را شمارش کنید و توزیع آن را به صورت نمودار نمایش دهید، همان شکل را برای هر شیء شکسته‌ای نشان می‌دهد، صرف‌نظر از نوع شیء.
فرمولی برای تجزیه
نقطهٔ شروع ویِلرمُو، آشوب عظیم یک حادثهٔ شکسته‌شدن بود. او استدلال می‌کرد که در اکثر موارد، محتمل‌ترین نتیجه، همیشه به‌هم‌ریختگی و بی‌نظمی بیشترین است؛ اصلّی که او «بی‌نظمی حداکثری» می‌نامید. این همان‌گونه است که طبیعت مسیر کم‌مقاومت‌ترین را برمی‌گزینند.
با این حال، چون به‌طور کلی شناخته شده است که آشوب باید به محدودیت‌های فیزیکی پایبند باشد، ویِلرمُو قانون حفاظتی‌ای را معرفی کرد که تیم او پیش از این کشف کرده بود. این قانون به‌عنوان یک قاعدهٔ نامرئی عمل می‌کند و تضمین می‌کند مقیاس کلی قطعات (تعداد قطعات بزرگ و کوچک) به‌صورت تصادفی در هنگام شکست شیء تغییر نکند. برای تدوین قانون جهانی تجزیه، او هر دو اصل—بی‌نظمی حداکثری و قانون حفاظتی—را ترکیب کرد.
«قید حرکی که بر اصل بی‌نظمی حداکثری اعمال می‌شود، شکل توزیع توان‌گرای اندازهٔ قطعات و مقدار نمایهٔ وابسته به بُعدیت آن را استنتاج می‌کند.» ویِلرمُو در مقاله‌اش که در نشریهٔ Physical Review Letters منتشر شده، نوشت.
آزمون قانون جدید
با ربط این دو اصل، توانست الگوی اندازهٔ جهانی قطعات را به‌صورت ریاضی پیش‌بینی کند. او نشان داد که این قانون به‌طور کامل با حجم وسیعی از داده‌های تجزیه که طی دهه‌ها از اشیای مختلف جمع‌آوری شده‌اند، از جمله جامدهای شکننده و مایعات، هم‌خوانی دارد. همچنین این قانون را در یک آزمایش اصیل با خراب‌کردن یک مکعب شکر تک‌تک آزمایش کرد و الگوی اندازهٔ خاص را بر پایهٔ شکل سه‌بعدی مکعب به‌دقت پیش‌بینی کرد.
با این حال، این قانون جهانی قادر به توضیح تمام شکست‌ها نیست. این قاعده زمانی بهترین عملکرد را دارد که شیء به‌صورت تصادفی می‌شکند، مانند زمانی که یک لیوان شیشه‌ای ناگهان به زمین می‌خورد. اما اگر ماده بیش از حد نرم باشد، مانند برخی پلاستیک‌ها، یا اگر تجزیه به‌طور بسیار منظم رخ دهد، مانند حالتی که کشش سطحی باعث می‌شود یک جریان آب به قطرات یکسان تقسیم شود، کارایی کمتری دارد.
اطلاعات بیشتر: امانوئل ویِلرمُو، تجزیه: اصول در برابر مکانیزم‌ها، Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/r7xz-5d9c
اطلاعات مجله: Physical Review Letters