Archiwum Polityki

Fizycy w piaskownicy

Najzwyklejszy piasek ujawnia, zależnie od warunków, zdumiewające bogactwo własności; sprasowany jest niby ciało stałe, gdy go potrząsać, przypomina ciecz, rozpylony zaś staje się jakby gazem. Może tworzyć złożone struktury, a nawet zachowywać pamięć o swym przeszłym stanie. Badanie piasku, a ogólniej materiałów sypkich, stało się jedną z najszybciej rozwijających się gałęzi współczesnej fizyki.

Chociaż już przeszło 300 lat temu Robert Hook zauważył, rozmyślając nad prawem Archimedesa, że na ciało zanurzone w piasku działa siła wyporu skierowana ku górze..., zainteresowanie fizyków piaskiem miało charakter jedynie sporadyczny. Wydmy opisywali geolodzy, własnościami granulatów zajmowali się inżynierowie różnych specjalności, konstruujący na przykład urządzenia mieszające sypkie substancje do produkcji lekarstw, jednak ani jedni, ani drudzy nie starali się wnikać w ogólne prawa rządzące zachowaniem takich materiałów.

Lawinę zainteresowania piaskiem uruchomił niewielki artykuł z 1987 r., w którym Per Bak, Chao Tang i Kurt Wiesenfeld opisali swoje badania dotyczące kształtowania się pryzmy piachu. W istocie nie chodziło im wcale o piasek, lecz o niezwykle modne w owym czasie zagadnienie tzw. samoorganizującego się stanu krytycznego. Bak, Tang i Wiesenfeld stwierdzili, że usypywany kopiec spokojnie rośnie aż do momentu, gdy kąt nachylenia zbocza do poziomu osiągnie pewną wartość krytyczną. Od tego momentu kopiec staje się niestabilny. Dołożenie pojedynczego ziarenka może powodować obsuwanie się lawin o nieprzewidywalnych rozmiarach. Wspomniani fizycy nie prowadzili jednak swych badań w piaskownicy, lecz jedynie symulowali komputerowo usypywania kopca. Powstało więc pytanie, czy piasek faktycznie zachowuje się zgodnie z teoretycznym modelem.

Doświadczenia tylko w ograniczonej mierze potwierdziły ideę samoorganizującego się stanu krytycznego, gdyż rzeczywistość, jak to zwykle bywa, okazała się bardziej złożona. Natomiast systematyczne badania eksperymentalne pozwoliły zrozumieć niektóre dawno już zaobserwowane własności piasku, odkryć inne, wcześniej nieznane. Wyjaśnienie znalazło zjawisko dobrze znane niektórym przedszkolakom.

Polityka 45.1999 (2218) z dnia 06.11.1999; Nauka; s. 84
Reklama