I matematici di Skoltech hanno rivelato il segreto della formazione delle strutture naturali più insolite - graziose colonne, archi e altri elementi architettonici che si possono spesso trovare in montagna, e hanno pubblicato le loro scoperte su Scientific Reports.
L'aspetto della Terra cambia quasi ogni secondo a causa del movimento dei continenti, della circolazione delle rocce nelle sue profondità e di varie forme di erosione. I principali “scultori” della faccia del pianeta non sono le persone, ma il vento, i fiumi, le piogge, i ghiacciai e altre forze e fenomeni. Negli ultimi secoli, gli scienziati hanno scoperto diverse centinaia di morfologie erosive, nella cui formazione sono coinvolti dozzine di processi e fattori diversi.
I più sorprendenti e insoliti di questi sono i giganteschi archi in pietra, ponti, colonne e altre strutture complesse che possono essere viste in montagna, fatte di arenaria e altre rocce morbide. La storia della loro formazione fu uno dei misteri più interessanti per l'umanità, e molte persone ignoranti presumevano seriamente che fossero scolpite da rappresentanti di antiche civiltà o addirittura "ospiti" dallo spazio.
Tre anni fa, i matematici dell'Università Carlo di Praga (Repubblica Ceca) hanno scoperto che il loro "scultore" era il vento, e non alieni o antichi architetti. Hanno scoperto che queste colonne e archi derivano da un insolito processo di auto-organizzazione dei granelli di sabbia all'interno degli strati di arenaria che vengono erosi dal vento, il che fa sì che si aggrappino più strettamente l'uno all'altro quando l'arco o la colonna "nasce".
Igor Ostanin, un ricercatore Skoltech, ei suoi colleghi si sono interessati alla scoperta dei loro colleghi cechi quando hanno notato che il fenomeno da loro descritto è molto simile a come gli ingegneri e gli architetti più "avanzati" oggi ottimizzano la forma e la struttura di colonne artificiali, archi e altre strutture, dove sono richiesti sia alta resistenza che peso ridotto.
“Non abbiamo potuto fare a meno di notare che metodi simili per trovare forme ottimali di strutture sono ampiamente utilizzati nell'industria moderna. Questi metodi, di ottimizzazione strutturale evolutiva, si basano sulla rimozione graduale di materiale inefficace. L'aspetto più sorprendente di questa somiglianza è che il criterio matematico in base al quale il materiale viene rimosso durante l'ottimizzazione è quasi esattamente lo stesso del criterio che segue dalla fisica del processo di erosione , afferma Igor Ostanin, ricercatore di Skoltech.
Guidati da questa ipotesi, Ostanin ei suoi colleghi hanno creato una serie di formule matematiche che descrivono il processo di erosione del vento e hanno cercato di "costruire" un arco utilizzando un modello computerizzato della formazione di arenaria.
Era estremamente semplice: l'arenaria, infatti, consisteva di molti cubi quasi indipendenti che premevano sui vicini con una certa forza. Se questa forza superava un certo valore, il vento non poteva spostare questo "cubo" dal suo posto, altrimenti scompariva dallo strato dopo un certo periodo di tempo.
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Sperimentando con questo modello, gli scienziati russi hanno confermato le scoperte delle loro controparti ceche e hanno rivelato diversi principi fisici che spiegano come nascono queste colonne e archi. Nella sua forma più generale, sono stati in grado di dimostrare che il vento svolge il ruolo di una sorta di "computer" che cerca di modellare lo strato di arenaria in una quantità minima di energia di deformazione elastica, rimuovendo molto gradualmente e accidentalmente gli elementi più deboli dalla struttura.
Inizialmente, questo processo procede molto rapidamente, ma dopo diverse centinaia di anni, quando la forma di una colonna o di un arco si sta già avvicinando all'ideale, l'erosione rallenta bruscamente, poiché quasi tutti i "cubi" iniziano ad aggrapparsi l'uno all'altro con grande forza. Grazie a ciò, veri archi e colonne di montagna possono esistere per milioni di anni in una forma quasi intatta.
Tali conclusioni, come osserva Ostanin, sono importanti non solo per ingegneri e geologi, ma anche per le persone che cercano tracce di vita extraterrestre. Ora, come sottolineano i matematici russi, tali strutture, che, ad esempio, possono essere scoperte su Marte, in linea di principio, non possono essere considerate tracce di civiltà extraterrestri.
