عندما يسقط طبق أو ينكسر كأس، تبدو النتيجة فوضى خالصة، حيث تنتشر شظايا كثيرة بأحجام شديدة التفاوت. لكن بعض الفيزيائيين يرون في هذه الفوضى سؤالا عميقا وهو: لماذا يتفتّت الشيء الواحد إلى هذا التنوع الكبير من الأحجام؟
الفيزيائي إيمانويل فيلرمو، من جامعة إيكس مرسيليا الإيطالية، يقترح قانونا بسيطا وأنيقا يصف طريقة التفتّت، لا في الزجاج والسيراميك فقط، بل أيضا في قطرات السوائل والفقاعات التي تنفجر.
الفكرة التي راودت العلماء منذ زمن هي أن في التفتت "شيئا كونيا"، فإذا أحصيت عدد الشظايا داخل كل فئة حجمية ورسمت توزيع الأحجام على شكل منحنى، فقد تجد أن شكل المنحنى نفسه يتكرر تقريبا مهما اختلف الجسم المتفتّت، أي أن التفاصيل تختلف، لكن البصمة الإحصائية العامة قد تبقى ثابتة.
العشوائية القصوى
انطلق فيلرمو من ملاحظة أن حدث التكسّر عادة شديد الفوضى وسريع، ورأى أن النتيجة الأكثر احتمالا غالبا هي الأكثر عشوائية وليست انتظاما، وسمى هذا المبدأ "العشوائية القصوى".
وبحسب الدراسة، التي نشرها فيلرمو في دورية "فيزكال ريفيو ليترز"، فإن ذلك يعني أن الطبيعة تميل إلى المسار "الأقل مقاومة" والأكثر تبعثرا.
لكن الفوضى، كما يؤكد الباحث، لا تكون بلا حدود، لذلك أدخل قيدا فيزيائيا سماه "قانون الحفظ"، وكانت مجموعته البحثية قد توصلت إليه من قبل، هذا القيد يعمل كقاعدة خفية تمنع "المقياس العام" للتفتّت (نسبة الكبير إلى الصغير في الصورة الكلية) من أن يتغير اعتباطا أثناء الانكسار.
قانون قوّة
بدمج العشوائية القصوى مع قيد الحفظ توصّل فيلرمو إلى ما يسميه قانونا كونيا للتفتّت، أي أنه يجري على كل شيء في الكون، من تفتت طبق الحلوى المنزلي إلى النجوم في أعماق الفضاء.
ووفقا لفيلرمو، فإن هذا الدمج يقود تلقائيا إلى أن توزيع أحجام الشظايا يتخذ شكل "قانون قُوّة"، وهو طريقة لوصف ظاهرة يكون فيها عدد الأشياء الصغيرة أكبر بكثير من عدد الأشياء الكبيرة وفق نمطٍ ثابت، وهو إنه كلما صَغُر الحجم زاد العدد، لكن ليس عشوائيا بل بعلاقة رياضية أسيّة.
في سياق تفتت الزجاج مثلا، يعني ذلك أنك ستجد شظايا صغيرة جدا كثيرة، وشظايا كبيرة قليلة، وبينهما تدرّج منتظم، وإذا ضاعفت حجم الشظية لا يقل عددها بمقدار ثابت، بل يقل بنسبة تعتمد على "أس"، لهذا يُقال إن التفتت يتبع "قانون قوّة".
تجارب فعّالة
ولا يكتفي البحث الجديد بالطرح النظري، إذ يقارن فيلرمو تنبؤات القانون بكم كبير من بيانات التفتت المجمعة عبر عقود، وقد وجد تطابقا ممتازا مع حالات كثيرة تشمل مواد هشة وسوائل.
بعد ذلك، أجرى الباحث اختبارا مباشرا بطريقته، حيث سحق مكعبات سكر منفردة، وتمكن من توقع نمط أحجام الشظايا بدقة اعتمادا على كون المكعب جسما ثلاثي الأبعاد.
مع ذلك، لا يدعي القانون تفسير كل سيناريوهات الانكسار. فهو يعمل بأفضل صورة عندما يكون التفتت عشوائيا حقا، مثل كأس يرتطم فجأة بالأرض.
لكنه رغم ذلك، يفشل القانون أو يضعف إذا كانت المادة لينة جدا (كأنواع من البلاستيك)، أو إذا كان التفكك منظما بطبيعته، مثلما تفعل ظاهرة الشدّ السطحي حين يتجزّأ الماء إلى قطرات متقاربة الحجم، هنا تصبح "هندسة" الانفصال محكومة بآلية خاصة، لا بفوضى عامة، فتغيب الكونية التي يبحث عنها القانون.
