Skoltech-matemaatikot ovat paljastaneet epätavallisimpien luonnollisten rakenteiden - sirojen pilareiden, kaareiden ja muiden arkkitehtonisten elementtien, joita usein löytyy vuorilta - muodostumisen salaisuuden ja julkaissut havaintonsa tieteellisissä raporteissa.
Maan ulkonäkö muuttuu melkein joka sekunti maanosien liikkumisen, kivien kiertämisen syvyydessä ja erilaisten eroosion takia. Maapallon kasvojen tärkeimmät”kuvanveistäjät” eivät ole ihmisiä, vaan tuuli, joet, sateet, jäätiköt ja muut voimat ja ilmiöt. Muutaman viime vuosisadan aikana tutkijat ovat löytäneet useita satoja eroosionmuotoisia muodonmuutosmuotoja, joiden muodostukseen liittyy kymmeniä erilaisia prosesseja ja tekijöitä.
Näistä silmiinpistävimpiä ja epätavallisimpia ovat jättiläismäiset kivikaaret, sillat, pylväät ja muut vuoristossa näkyvät monimutkaiset rakenteet, jotka on tehty hiekkakivestä ja muista pehmeistä kivistä. Niiden muodostumisen historia oli yksi ihmiskunnan mielenkiintoisimmista mysteereistä, ja monet tietämättömät ihmiset olettivat vakavasti, että muinaisten sivilisaatioiden edustajat tai jopa "vieraat" veivät ne avaruudesta.
Kolme vuotta sitten Prahan Charlesin yliopiston (Tšekin tasavalta) matemaatikot saivat selville, että heidän "kuvanveistäjänsä" oli tuuli, eivät muukalaiset tai muinaiset arkkitehdit. He havaitsivat, että nämä pylväät ja kaaret johtuvat epätavallisesta hiekanjyvien itsejärjestämisprosessista hiekkakiven kerrosten sisällä, joita tuuli hajottaa, mikä saa ne tarttumaan tiiviimmin toisiinsa, kun kaari tai pylväs "syntyy".
Skoltech-tutkija Igor Ostanin ja hänen kollegansa kiinnostivat tšekkiläisten kollegojensa löytöjä, kun he huomasivat heidän kuvailemansa ilmiön olevan hyvin samanlainen kuin kuinka "edistyneimmät" insinöörit ja arkkitehdit optimoivat nykyään ihmisen tekemien pylväiden, kaareiden ja muiden rakenteiden muodon ja rakenteen, missä vaaditaan sekä korkea lujuus että pieni paino.
”Emme voineet huomata, että samanlaisia menetelmiä optimaalisten rakennemuotojen löytämiseksi käytetään laajalti nykyajan teollisuudessa. Nämä menetelmät, evoluutiorakenteen optimointi, perustuvat tehottoman materiaalin asteittaiseen poistamiseen. Silmiinpistävin osa tätä samankaltaisuutta on se, että matemaattinen kriteeri, jolla materiaali poistetaan optimoinnin aikana, on melkein täsmälleen sama kuin kriteeri, joka seuraa eroosioprosessin fysiikasta”, Skoltech-tutkija Igor Ostanin sanoo.
Tämän arvauksen ohjaamana Ostanin ja hänen kollegansa loivat matemaattisia kaavoja, jotka kuvaavat tuulen eroosioprosessia, ja yrittivät "rakentaa" kaarin sen kanssa käyttämällä hiekkakiven muodostuksen tietokonemallia.
Se oli erittäin yksinkertaista - hiekkakivi koostui itse asiassa monista melkein toisistaan riippumattomista kuutioista, jotka painuttivat naapureita tietyllä voimalla. Jos tämä voima ylitti tietyn arvon, niin tuuli ei voinut siirtää tätä "kuutiota" paikastaan, ja muuten se katosi kerroksesta tietyn ajan kuluttua.
Mainosvideo:
Kokeillessaan tätä mallia venäläiset tutkijat vahvistivat tšekkiläisten havainnot ja paljastivat useita fyysisiä periaatteita, jotka selittävät näiden pylväiden ja kaareiden syntymisen. Yleisimmässä muodossaan he pystyivät osoittamaan, että tuuli pelaa eräänlaista "tietokonetta", joka yrittää muotoilla hiekkakiven kerroksen siten, että vähimmäismäärä joustavaa muodonmuutosenergiaa kertyy sen sisälle, hyvin vähitellen ja vahingossa poistamalla heikoimmat elementit rakenteesta.
Aluksi tämä prosessi etenee hyvin nopeasti, mutta usean sadan vuoden kuluttua, kun pylvään tai kaarin muoto lähestyy jo ihannetta, eroosio hidastuu voimakkaasti, koska melkein kaikki "kuutiot" alkavat tarttua toisiinsa suurella voimalla. Tämän ansiosta oikeat vuorikaaret ja pylväät voivat olla olemassa miljoonia vuosia melkein ehjänä.
Tällaiset johtopäätökset, kuten Ostanin toteaa, ovat tärkeitä paitsi insinöörien ja geologien lisäksi myös ihmisille, jotka etsivät jälkiä maapallon ulkopuolisesta elämästä. Nyt, kuten venäläiset matemaatikot korostavat, sellaisia rakenteita, joita voidaan esimerkiksi löytää Marsista, ei periaatteessa voida pitää maapallon ulkopuolisten sivilisaatioiden jälkeinä.
