Skoltech matematičari su otkrili tajnu formiranja najneobičnijih prirodnih građevina - gracioznih stupova, lukova i drugih arhitektonskih elemenata koji se često nalaze u planinama, a svoja su otkrića objavili u Znanstvenim izvještajima.
Izgled Zemlje mijenja se gotovo svake sekunde zbog kretanja kontinenata, cirkulacije stijena u njenim dubinama i različitih oblika erozije. Glavni "kipari" lica planeta nisu ljudi, već vjetar, rijeke, kiše, ledenjaci i druge sile i pojave. Tijekom proteklih nekoliko stoljeća, znanstvenici su otkrili nekoliko stotina erozijskih oblika zemlje, u čije je formiranje uključeno više desetaka različitih procesa i čimbenika.
Najupečatljiviji i neobičniji od njih su divovski kameni lukovi, mostovi, stupovi i druge složene građevine koje se mogu vidjeti u planinama, izrađene od pješčenjaka i drugih mekih stijena. Povijest njihova nastanka bila je jedna od najzanimljivijih misterija za čovječanstvo, a mnogi su neuki ljudi ozbiljno pretpostavili da su ih izvlačili predstavnici drevnih civilizacija ili čak „gosti“iz svemira.
Prije tri godine matematičari sa Sveučilišta Charles u Pragu (Češka) otkrili su da je njihov "kipar" vjetar, a ne vanzemaljci ili drevni arhitekti. Otkrili su da su ovi stubovi i lukovi rezultat neobičnog procesa samoorganiziranja zrna pijeska unutar slojeva pješčenjaka koji erodiraju vjetar, zbog čega se oni čvršće prianjaju jedno za drugim dok se luk ili stupac "rađa".
Igor Ostanin, istraživač Skoltech-a, i njegove kolege postali su zainteresirani za otkriće čeških kolega kada su primijetili da je fenomen koji su opisali vrlo sličan načinu na koji danas najnapredniji inženjeri i arhitekti optimiziraju oblik i strukturu umjetnih stupova, lukova i drugih građevina gdje potrebna je i visoka čvrstoća i mala težina.
„Nismo mogli ne primijetiti da se slične metode pronalaženja optimalnih oblika građevina široko primjenjuju u modernoj industriji. Ove metode, evolucijska strukturna optimizacija, temelje se na postupnom uklanjanju neučinkovitog materijala. Najupečatljiviji aspekt ove sličnosti je taj što je matematički kriterij pomoću kojeg se materijal uklanja tijekom optimizacije gotovo potpuno isti kao kriterij koji slijedi iz fizike procesa erozije “, kaže Igor Ostanin, istraživač u Skoltechu.
Vođeni tom pretpostavkom, Ostanin i njegovi kolege stvorili su skup matematičkih formula koje opisuju proces erozije vjetra i pokušali su s njom "izgraditi" luk pomoću računalnog modela stvaranja pješčenjaka.
Bio je krajnje jednostavan - pješčenjak se, u stvari, sastojao od mnogih gotovo nepovezanih kockica koje su s određenom silom pritiskale na susjede. Ako je ta sila premašila određenu vrijednost, onda vjetar ne bi mogao pomaknuti ovu „kocku“sa svog mjesta, a u protivnom je nakon određenog vremenskog razdoblja nestao iz sloja.
Promotivni video:
Eksperimentirajući s ovim modelom, ruski su znanstvenici potvrdili nalaze svojih čeških kolega i otkrili nekoliko fizičkih principa koji objašnjavaju kako nastaju ovi stupovi i lukovi. U svom najopćenitijem obliku mogli su pokazati da vjetar igra ulogu svojevrsnog "računala" koje pokušava oblikovati sloj pješčenjaka u minimalnu količinu elastične energije deformacije, vrlo postupno i slučajno uklanjajući najslabije elemente sa strukture.
U početku se taj postupak odvija vrlo brzo, ali nakon nekoliko stotina godina, kada se oblik stupa ili luka već približava idealu, erozija se naglo usporava, jer se gotovo sve „kocke“počinju s velikom snagom prilijepiti jedna za drugu. Zahvaljujući tome, pravi planinski lukovi i stupovi mogu postojati milijunima godina u gotovo netaknutom obliku.
Ovakvi zaključci, kako Ostanin primjećuje, važni su ne samo za inženjere i geologe, već i za ljude koji traže tragove izvanzemaljskog života. Kao što ruski matematičari naglašavaju, takve se građe, koje se, primjerice, mogu otkriti na Marsu, u načelu ne mogu smatrati tragovima izvanzemaljskih civilizacija.
