Fragmentace, tedy jak se předměty rozpadávají, na první pohled může být považována za náhodný proces, avšak nové studium ukazuje, že tento jev skutečně podléhá zákonitosti, která se snaží maximalizovat entropii. Tento fenomén ilustruje širší princip nazývaný „maximální náhoda“. Je překvapivé, že tento proces lze aplikovat na rozmanité materiály, což může mít dopad jak na vědu, tak na průmysl.

Ve vesmíru dominují chaos a nepředvídatelnost, které také významně ovlivňují určité každodenní procesy. Například je téměř nemožné přesně určit, jak bude vypadat objekt po nárazu.

Aby vědci lépe porozuměli procesu fragmentace, zkoušeli různé přístupy. Tyto zahrnovaly analýzu mikroskopických procesů šíření trhlin, až po vnímání celého procesu jako „fázový přechod“, kdy se energie dostane na určitou úroveň, což vyvolá okamžité rozpadnutí.

Nová studie, publikovaná v časopise Physical Review Letters, však vede Emmanuel Villermaux z Aix-Marseille University ve Francii, který se odvrací od zkoumání drobných detailů a zaměřuje se na širší obraz.

Podle teoretického fyzika Ference Kuna, který napsal doprovodný článek k této studii, Villermaux předpokládá, že fragmentace následuje proces „maximální náhody“, což znamená, že mezi všemi možnými způsoby, jak se něco může rozbít, vždy zvolí ten, který maximálně zvýší entropii.

Následně vyjmenovává, jak se mohou objekty rozpadat, od nízké entropie (několik kusů) po vysokou entropii (mnoho kusů), a to pomocí podobného procesu, jakým fyzici v devatenáctém století odvodili zákony z velkých souborů částic, jak uvádí Villermaux v rozhovoru pro časopis New Scientist.

„Zjištění naznačují, že statistické charakteristiky fragmentace nemusí být diktovány mikroskopickými detaily trhlin nebo nestabilit, ale spíše tím, jak je náhoda omezena globální kinematikou,“ píše Kun ve svém příspěvku pro Physics. „Tento pohled připomíná historický vývoj statistické mechaniky, kde makroskopické zákonitosti vycházejí z pravděpodobnostních zákonů, nikoli z podrobné dynamiky.“

Podle Kuna Villermaux testoval tento rámec jak na plastických, tak na vysokoelastických materiálech. Modifikováním mocnostního zákona – matematického rysu, kde jedna veličina může ovlivnit míru jiné – se ukázaly výsledky jako konzistentní, což naznačuje, že tento obecný zákon platí pro mnoho různých typů materiálů.

Kun tvrdí, že není překvapující, že fragmentace sleduje větší princip, ovšem tento jeho rozšířený dopad na různé materiály byl nečekaný. Nicméně, zákon maximální náhody od Villermauxe se nevztahuje na každý materiál, protože destrukce měkčích materiálů, jako jsou plasty, se do této matematické matice nevejdou.

Odhalení většího principu, který stojí za fragmentací, však může být prospěšné jak pro vědu, tak pro průmysl. „Princip by mohl vědcům pomoci určit, jak různé fyzikální procesy ovlivňují rozdělení velikosti fragmentů v průmyslových, geofyzikálních a astrofyzikálních podmínkách,“ uvádí Kun.

V rozhovoru s New Scientist Kun také zmiňuje, že například těžba rud nebo analýza důsledků potenciálního závalu skal by mohly těžit z tohoto výzkumu. Zdá se, že vesmír se snaží dosáhnout chaosu maximálně chaotickým způsobem.

Reference: Fragmentation: Principles versus Mechanisms; Emmanuel Villermaux; Phys. Rev. Lett. 135, 228201 – Published 26 November, 2025; DOI: https://doi.org/10.1103/r7xz-5d9c

Zdroj: Scientists Just Discovered a New Law of Physics, Popular Mechanics