Was haben eine zerbrochene Schüssel, ein zwischen den Fingern zerdrückter Zucker und eine platzende Seifenblase gemeinsam? Auf den ersten Blick scheint es nicht viel zu geben. Doch eine aktuelle wissenschaftliche Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Physical Review Letters, legt nahe, dass sie allen der gleichen Logik der Fragmentierung folgen. Laut Berichten könnte diese Erkenntnis unser Verständnis der materiellen Welt revolutionieren. Die resultierenden Prinzipien könnten auf eine Vielzahl von Materialien anwendbar sein, einschließlich fester Stoffe, Flüssigkeiten und Gasblasen.
Gemeinsamkeiten in der Fragmentierung
Wenn ein Material zerbricht, hinterlässt es ein Muster von Fragmenten, das erstaunlich vertraut wirkt. Unabhängig von der Art des Objekts oder der Skala bleibt das Verhältnis zwischen großen Stücken und kleinen Trümmern weitgehend konstant. Eine zehn Kilogramm schwere Steine und ein einfaches Stück Brot erzeugen möglicherweise nicht die gleiche Anzahl an Fragmenten, aber die relative Verteilung ihrer Größen ist ähnlich.
Diese Regelmäßigkeit deutet darauf hin, dass es eine universelle Gesetzmäßigkeit im Prozess der Fragmentierung gibt. Der Physiker Emmanuel Villermaux von der Universität Aix-Marseille geht in seiner Studie davon aus, dass die Fragmentierung von Objekten dem Prinzip des „maximalen Chaos“ gehorcht. Das bedeutet, dass das wahrscheinlichste Ergebnis beim Zerbrechen eines Objekts das chaotischste und unregelmäßigste ist – was für jemanden, der die Bruchstücke aufräumt, nicht besonders erfreulich ist.
Die Grenzen der Unvorhersehbarkeit
Villermaux stellt jedoch auch fest, dass diese Unberechenbarkeit gewisse Grenzen hat. Er führte eine Erhaltungsgleichung ein, die sicherstellt, dass die Größe der Fragmente konstant bleibt und sich nicht zufällig ändert. Durch die Kombination dieser beiden Prinzipien entwickelte er eine mathematische Gleichung, die die granulometrische Verteilung – also die Verteilung der Größen der Späne eines zerbrochenen Objekts – beschreibt. Der Wissenschaftler überprüfte diese Formel mit einer Vielzahl zerstörter Objekte, von Spaghetti bis hin zu Flüssigkeitstropfen. „Alle granulometrischen Verteilungen entsprachen den Vorhersagen“ betont die Quelle.
Anwendungen und Implikationen der Entdeckung
Die neu entdeckte Regel, obwohl sie nicht immer anwendbar ist – wie zum Beispiel, wenn ein gleichmäßiger Flüssigkeitsstrahl in Tropfen gleicher Größe zerfällt oder wenn Fragmente untereinander interagieren – könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie Energie verteilt wird, um Mineralien im industriellen Bergbau zu zerbrechen, oder wie man sich auf Steinschläge vorbereiten kann.
Diese Erkenntnisse erweitern nicht nur unser Wissen über physikalische Prozesse, sondern könnten auch praktische Anwendungen in verschiedenen Industrien haben, von der Materialforschung bis hin zur Naturgefahrenforschung. Die Fragestellung, welche grundsätzlichen Prinzipien die Fragmentierung zugrunde liegen, könnte in Zukunft zu innovativen Techniken führen, die die Sicherheit und Effizienz in vielen Anwendungen erhöhen.
Insgesamt bietet die Forschung von Villermaux und seinem Team neue Einsichten, die unsere Wahrnehmung von zerfallenden Objekten und deren Verhalten beeinflussen. Indem wir die Regeln besser verstehen, die diesen Prozessen zugrunde liegen, können wir nicht nur die physikalischen Phänomene um uns herum besser einordnen, sondern auch neue Technologien und Anwendungen entwickeln, die auf diesen Prinzipien basieren.
