Mokslas ir IT

2020.08.03 21:36

Platonas buvo teisus: Žemė iš tiesų susideda iš kubelių

LRT.lt2020.08.03 21:36

5 a. pr. Kr. gyvenęs graikų filosofas Platonas tikėjo, kad visata susideda iš penkių elementų: žemės, oro, ugnies, vandens ir eterio. Kiekvienas jų buvo apibūdinamas per tam tikrą geometriją, Platono formą. Žemei buvo priskirtas kubas, rašo „Science Daily“.

Mokslas smarkiai pasistūmėjo tolyn nuo Platono hipotezių, o visatos statybiniu elementu buvo įvardintas atomas. Visgi mokslininkai nustatė, kad Platonas buvo pakapstęs giliau nei iš pirmo žvilgsnio atrodo.

Naujame, leidinyje „The Proceedings of the National Academy of Sciences“ paskelbtame tyrime Pensilvanijos universiteto, Budapešto technologijos ir ekonomikos universiteto ir Debreceno universiteto mokslininkų komanda, pasitelkusi matematikos, geologijos ir fizikos žinias, įrodė, kad dažniausiai pasitaikanti uolienų forma Žemėje yra kubas.

„Platonas visuotinai pripažįstamas kaip pirmasis asmuo, suformulavęs atomo sąvoką – idėją, kad medžiaga susideda iš nematomų dalelių, – sako Penno meno ir mokslo mokyklos Žemės ir aplinkos katedros ir Inžinerijos ir taikomojo mokslo mokyklos Mechaninės inžinerijos ir taikomosios mechanikos katedros geofizikas Douglasas Jerolmackas. – Tačiau jo suvokimas buvo konceptualus; šiuo metu mūsų turimos žinios apie atomus niekaip nėra susijusios su tuo, ką Platonas apie juos mąstė.“

„Įdomu tai, kad kalbant apie uolienas ar Žemę, sąsajos su Platonu nebėra vien konceptualios, – priduria jis. – Paaiškėjo, kad Platono koncepcija apie tai, kad Žemės elementas yra sudarytas iš kubų, iš tiesų yra statistinis vidutinis Žemės modelis. Ir tai tiesiog neįtikėtina.“

Mokslininkų tyrimas prasidėjo nuo Budapešto technologijos ir ekonomikos universiteto matematiko Gaboro Domokoso sukurtų geometrinių modelių, leidusių spėti, kad natūralios uolienos skils į kubo formos fragmentus.

„Šis tyrimas yra trejų metų rimtų apmąstymų ir sunkaus darbo rezultatas, tačiau jame viskas susivedą į vieną pagrindinę idėją, – sako G. Domokosas. – Jei paimsite trimatį daugiasienį ir atsitiktiniu būdu padalysite jį į dvi dalis, o tada tas dalis padalysite dar ir dar kartą, gausite daugybę daugiasienių. Tačiau vidutiniškai dažniausiai pasitaikanti forma bus kubas.“

Į šį eksperimentą G. Domokosas įtraukė du vengrus fizikus teoretikus: fragmentacijos ekspertą Ferencą Kuną ir statistinių bei skaičiavimo modelių ekspertą Janosą Toroką. Apsvarstę šio atradimo galimybes, Vengrijos mokslininkai savo tyrimo išvadomis pasidalino su D. Jerolmacku, kad kartu pabandytų atsakyti į su geofizika susijusius klausimus, kitaip tariant, išsiaiškintų, kokiu būdu gamtoje tai vyksta.

„Kai visa tai parodėme Dougui, jis pasakė: „Arba tai klaida, arba nerealus atradimas“, – prisimena G. Domokosas. – Mes tyrėme šį procesą atbuline tvarka, kad išsiaiškintume, kokie fizikos dėsniai veikia jo metu.“

Iš esmės jie atsakė į klausimą, kokios figūros sukuriamos, kai uolienos suskaidomos į gabalus. Įspūdinga tai, kad jie nustatė, jog pagrindinės matematinės prielaidos vienija geologinius procesus ne tik Žemėje, bet ir visoje Saulės sistemoje.

„Skilimas – tai visa apimantis procesas, kurio metu smulkėja planetos medžiagos, – aiškina D. Jerolmackas. – Saulės sistemoje apstu ledo ir uolienų, kurie visą laiką skyla į smulkesnes daleles. Šis darbas mums leidžia susidaryti įspūdį apie iki šiol nematytą procesą.“

Iš dalies šis suvokimas grįstas tuo, kad nuo vientiso kūno atskilusios dalelės turi susidėti atgal taip, kad neliktų jokių tarpų, panašiai kaip įskilęs indas, kuris netrukus subyrės į šukes. Paaiškėjo, kad vienintelė iš vadinamųjų Platono formų – daugiasienių, kurių kraštinės lygios – be tarpų susidedanti atgal į buvusį kūną yra kubas.

„Savo grupelėje svarstėme, kad galbūt Platonas apžiūrėjo uolienų atodangą ir pasąmoningai apmąstęs ar išanalizavęs matytą vaizdą, iškėlė hipotezę, kad dažniausiai pasitaikanti forma primena kubą“, – svarsto D. Jerolmackas.

„Platonas buvo labai jautrus geometrijai“, – priduria G. Domokosas. Žmonės kalba, kad ant Platono akademijos durų buvęs užrašas: „Te neįeina nė vienas, neišmanantis geometrijos“. „Jo intuicija, grįsta plačiais apmąstymais apie mokslą, galbūt pastūmėjo jį link šios kubų idėjos“, – sako G. Domokosas.

Norėdami patikrinti, ar jų matematiniai modeliai atitinka tai, kas vyksta gamtoje, mokslininkai išmatavo daugybę įvairiausių uolienų – šimtus pačių surinktų ir tūkstančius iš anksčiau analizuotų duomenų rinkinių. Nesvarbu, ar tos uolienos buvo natūraliai atskilusios didžiulėse atodangose ar žmonių išsprogdintos dinamitu, komandai pavyko rasti įrodymų, kad vidutiniškai dažniausia jų forma iš tiesų yra kubas.

Visgi yra tokių uolienų darinių, kurie, panašu, nepaklūsta kubo taisyklei. Pavyzdžiui, Milžinų kelias Šiaurės Airijoje su į dangų besistiebiančiomis vertikaliomis kolonomis susiformavo neįprasto proceso vėstant bazaltui metu. Nors tokie dariniai yra reti, mokslininkai juos taip pat įtraukė į savo skaičiavimus ir paaiškino neįprastais formavimosi procesais.

„Pasaulyje nemažai betvarkės, – sako D. Jerolmackas. – Devynis kartus iš dešimties, jei uoliena yra atplėšiama, suspaudžiama ar nuskeliama – o dažnai visos šios trys jėgos veikia kartu – susidaro iš esmės kubo formos fragmentai. Tik labai ypatingomis sąlygomis pavyksta išgauti kitokių formų. Žemėje tokie atvejai pakankamai reti.“

Mokslininkai taip pat tyrė fragmentaciją dvimatėse formose, kitaip tariant, ant plonų paviršių, kurie ir atstojo tas dvimates formas, nes jų gylis gerokai mažesnis už plotį ar aukštį. Čia skilimo modeliai šiek tiek skiriasi, nors pagrindinė daugiakampių skaidymo ir nuspėjamų vidutinių formų apskaičiavimo koncepcija vis tiek galioja.

„Paaiškėjo, kad dviejų matmenų atveju, gamtoje ne mažesnė tikimybė gauti ir stačiakampį ar šešiakampį, – teigia D. Jerolmackas. – Tai nėra tikrieji šešiakampiai, bet statistinis jų ekvivalentas geometrine prasme. Galima tai įsivaizduoti kaip skeldėjančius dažus; jėga vienodai tempia dažus iš visų pusių, o jiems suskilus, susidaro šešiakampis.“

Gamtoje tokių dvimačių skilimų pavyzdžių galima rasti ledo lakštuose, džiūstančiame purve ar net Žemės plutoje, kurios horizontalioji tįsa gerokai lenkia gylį, todėl ją de facto taip pat galima laikyti dvimačių tyrimų medžiaga. Jau anksčiau buvo žinoma, kad Žemės pluta skyla tokiu būdu, tačiau šios mokslininkų grupės tyrimai patvirtino teoriją, kad skilimo modelis priklauso nuo plokščių tektonikos.

Atpažinus šiuo modelius uolienose, galima bandyti nuspėti tokius reiškinius kaip akmenų griūties pavojus arba skysčių srautų, kokių kaip vanduo ir nafta, tikimybė ir vieta uolienose.