Les mathématiciens de Skoltech ont révélé le secret de la formation des structures naturelles les plus inhabituelles - colonnes gracieuses, arches et autres éléments architecturaux que l'on trouve souvent dans les montagnes, et ont publié leurs résultats dans des rapports scientifiques.
L'apparence de la Terre change presque toutes les secondes en raison du mouvement des continents, de la circulation des roches dans ses profondeurs et de diverses formes d'érosion. Les principaux «sculpteurs» du visage de la planète ne sont pas les hommes, mais le vent, les rivières, les pluies, les glaciers et autres forces et phénomènes. Au cours des derniers siècles, les scientifiques ont découvert plusieurs centaines de reliefs érosifs, dans la formation desquels des dizaines de processus et de facteurs différents sont impliqués.
Les plus frappants et les plus inhabituels sont les arcs de pierre géants, les ponts, les colonnes et autres structures complexes que l'on peut voir dans les montagnes, faites de grès et d'autres roches tendres. L'histoire de leur formation était l'un des mystères les plus intéressants pour l'humanité, et de nombreux ignorants ont sérieusement supposé qu'ils étaient sculptés par des représentants de civilisations anciennes ou même des «invités» de l'espace.
Il y a trois ans, des mathématiciens de l'Université Charles de Prague (République tchèque) ont découvert que leur "sculpteur" était le vent, et non des extraterrestres ou des architectes anciens. Ils ont découvert que ces colonnes et ces arcs résultent d'un processus inhabituel d'auto-organisation des grains de sable dans les strates de grès qui sont érodées par le vent, ce qui les oblige à s'accrocher plus étroitement les uns aux autres lorsque l'arc ou la colonne est «né».
Igor Ostanin, un chercheur de Skoltech, et ses collègues se sont intéressés à la découverte de leurs collègues tchèques lorsqu'ils ont remarqué que le phénomène qu'ils décrivaient était très similaire à la façon dont les ingénieurs et architectes les plus "avancés" optimisent aujourd'hui la forme et la structure des colonnes, arcs et autres structures artificielles, où une résistance élevée et un faible poids sont nécessaires.
«Nous n'avons pas pu nous empêcher de remarquer que des méthodes similaires pour trouver des formes optimales de structures sont largement utilisées dans l'industrie moderne. Ces méthodes d'optimisation structurelle évolutive sont basées sur l'élimination progressive des matériaux inefficaces. L'aspect le plus frappant de cette similitude est que le critère mathématique par lequel la matière est retirée lors de l'optimisation est presque exactement le même que le critère qui découle de la physique du processus d'érosion », explique Igor Ostanin, chercheur à Skoltech.
Guidé par cette hypothèse, Ostanin et ses collègues ont créé un ensemble de formules mathématiques décrivant le processus d'érosion éolienne et ont essayé de «construire» une arche en l'utilisant en utilisant un modèle informatique de la formation de grès.
C'était extrêmement simple - le grès, en fait, se composait de nombreux cubes presque sans rapport qui appuyaient sur les voisins avec une certaine force. Si cette force dépassait une certaine valeur, alors le vent ne pouvait pas déplacer ce "cube" de sa place, sinon il disparaissait de la couche après un certain laps de temps.
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En expérimentant ce modèle, des scientifiques russes ont confirmé les découvertes de leurs homologues tchèques et ont révélé plusieurs principes physiques qui expliquent la naissance de ces colonnes et arcs. Dans sa forme la plus générale, ils ont pu montrer que le vent joue le rôle d'une sorte d '«ordinateur» qui tente de façonner la couche de grès de manière à ce qu'un minimum d'énergie de déformation élastique s'accumule à l'intérieur de celle-ci, éliminant très progressivement et accidentellement les éléments les plus faibles de la structure.
Initialement, ce processus se déroule très rapidement, mais après plusieurs centaines d'années, lorsque la forme d'une colonne ou d'un arc s'approche déjà de l'idéal, l'érosion ralentit fortement, car presque tous les «cubes» commencent à s'accrocher les uns aux autres avec une grande force. Grâce à cela, de véritables arcs et colonnes de montagne peuvent exister pendant des millions d'années sous une forme presque intacte.
De telles conclusions, comme le note Ostanin, sont importantes non seulement pour les ingénieurs et les géologues, mais aussi pour les personnes à la recherche de traces de vie extraterrestre. Or, comme le soulignent les mathématiciens russes, de telles structures, qui, par exemple, peuvent être découvertes sur Mars, ne peuvent en principe pas être considérées comme des traces de civilisations extraterrestres.
