Портал создан при поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Сформулирован закон иерархии масс во Вселенной

Физики обосновали возникновение во Вселенной объектов с большим разнообразием масс, подчиняющихся правилу иерархии: чем меньше масса тел, тем больше их количество.

Адриан Бежан, физик-теоретик из американского университета Дюка,  еще в 1996 году сформулировал закон, который назвал «законом конструкции» в природе. Очень коротко смысл закона заключается в следующем: система развивается таким образом, чтобы обеспечить наибольшую эффективность, при этом возникают иерархические структуры по принципу «больших мало, маленьких много». В частности, если в системе имеется напряженность, то эволюция системы должна протекать так, чтобы снять напряженность за самое короткое время.

Когда буровой раствор сохнет, его внутреннее напряжение растет, пока он вдруг не растрескается в иерархическом порядке, то есть с несколькими крупными трещинами наряду с большим числом маленьких.
Когда буровой раствор сохнет, его внутреннее напряжение растет, пока он вдруг не растрескается в иерархическом порядке, то есть с несколькими крупными трещинами наряду с большим числом маленьких.
Процесс иерархического рождения тел, аналогичного растрескиванию раствора, отвечает за широкое разнообразие размеров небесных тел. (Рис. NASA)
Процесс иерархического рождения тел, аналогичного растрескиванию раствора, отвечает за широкое разнообразие размеров небесных тел. (Рис. NASA)
Известный физик и популяризатор науки, автор «закона конструкции» в природе, профессор университета Дюка Адриан Бежан.
Известный физик и популяризатор науки, автор «закона конструкции» в природе, профессор университета Дюка Адриан Бежан.

На основе этого закона Адриан Бежан и его студент Рассел Уэгстаф обосновали возникновение в ранней Вселенной тел самых разных масс по иерархическому принципу: больших тел мало, а маленьких много. Результаты работы были опубликованы в журнале Journal of Applied Physics.

Раннюю Вселенную на определенном этапе развития можно рассматривать как объем,  равномерно заполненный частицами. Поскольку каждая из них взаимодействует с другими гравитационной силой, система находится в напряжении и неустойчива. В некоторый момент времени частицы начинают группироваться, образуя тела разных размеров. При этом напряжение убывает.

Обеспечим библиотеки России научными изданиями!

Авторы работы с помощью мысленных экспериментов и простых уравнений физики, показывают, что самый быстрый способ уменьшения напряжения и соответственно эволюции Вселенной – это формирование иерархии всевозможных масс.  Другими словами, если все возникающие тела имеют близкие массы, то напряжение будет уменьшаться менее эффективно, а эволюция Вселенной происходит медленнее. Природа же «предпочитает» быстрый путь. Указанный механизм распространяется и на формирование планетных систем.

До этого Адриан Бежан применял свой «закон конструкции» для других систем: бассейна рек, корневой системы растений, кровеносно-сосудистой системы человека и даже для трещин на поверхности краски или почвы. В последнем случае иерархическое растрескивание повышает эффективность высыхания.

«Мы знаем из опыта, что объекты, испытывающие объемное натяжение, трескаются, и они мгновенно трескаются повсюду, – говорит Бежан. Самый простой пример – это краска, сохнущая на стене. При высыхании она сжимается, приводя всю систему в напряжение. Потом бум – и внезапно она вся быстро трескается, высвободив напряжение. И дизайн этого рельефа имеет иерархическую структуру, то есть несколько крупных трещин и много мелких».

«Все объемные разрушения являются иерархическими. Вы никогда не увидите равномерное растрескивание или осыпание, – добавляет Бежан. В небесной механике есть очень старая идея, что тела слипаются и растут под действием силы тяжести, что, конечно, правильно. Но рост – это одно, а то, что растет иерархически, а не все в одном и том же размере, это другое».

По материалам Университета Дюка

Автор: Алексей Понятов

Источник: nkj.ru