A Science folyóirat online kiadásának szerkesztői évről évre kiválasztják azokat a tudományos híreket, amelyek valamiért a legkedvesebbek számukra – vagy azért, mert jelentős tudományos áttörésről szólnak, vagy mert az eddigiektől merőben eltérő szemléletmódot tükröznek. Domokos Gábor, a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem egyetemi tanárának a fizika és a filozófia határterületét fürkésző felfedezése mindkét szempontból beleillett a listába. Az akadémikust az mta.hu kérdezte.
 

2020. DECEMBER 30.

„Tudod, ez lehet az év legköltőibb, a legfilozófikusabb sztorija” – mondták Domokos Gábor és munkatársainak felfedezéséről a Science szerkesztői a folyóirat honlapján elérhető podcastjukban. A beszélgetésben az év legfontosabbnak és legérdekesebbnek ítélt (COVID-mentes) híreiről volt szó. Ebben igazuk lehet, hiszen nem gyakran esik szó egy alapvetően fizikai tudományos közleményben Platón filozófiájáról és az általa leírt ideális testek megjelenéséről a természetben.

„Én nagyon meglepődtem, hogy ez a kutatás ennyire népszerű lett. Amikor hallottam, hogy a Science beválogatta a 2020-as top10-be, el sem akartam hinni. Pedig nagyon nehezen sikerült leközölnünk, hiszen egymástól látszólag nagyon távoli tudományterületeket, filozófiát, geológiát, matematikát köt össze – nyilatkozta az mta.hu-nak Domokos Gábor. – Úgy tűnik, hogy jó elegyet sikerült összehoznunk, ami sokak fantáziáját megragadta. Olyanokét is, akik a dolog fizikájához talán kevésbé értenek, de azt látják, hogy a tudományos eredmények szélesebb perspektívába is ágyazhatók.”

A cikk szerzői, balról jobbra: Domokos Gábor, az MTA-BME Morfodinamika Kutatócsoport vezetője, Douglas Jerolmack a Pennsylvaniai Egyetemről, Kun Ferenc a Debreceni Egyetemről és Török János, az MTA-BME Morfodinamika Kutatócsoportból

Forrás: mta.hu

De kezdjük az elején! Ötféle platóni test létezik, amelyek közös jellemzője, hogy kizárólag egybevágó síkidomok alkotják az oldallapjaikat. Ezek a tetraéder, a hexaéder (vagyis a kocka), az oktaéder, a dodekaéder és az ikozaéder. Platón közülük is a kockának tulajdonított kiemelt jelentőséget, mivel ez az egyetlen platóni test, amelyből hézagmentesen lehet építkezni. Ezért a filozófus a kockát tekintette a föld alapvető építőelemének.

És bizonyos értelemben azt mondhatjuk, igaza is volt. Domokos Gábor, az MTA-BME Morfodinamika Kutatócsoport vezetője és kollégái (Douglas Jerolmack a Pennsylvaniai Egyetemről, Kun Ferenc a Debreceni Egyetemről, illetve Török János, az MTA-BME Morfodinamika Kutatócsoportból) ugyanis kimutatták, hogy

ha egy síkbeli sokszöget vagy térbeli poliédert elegendően sokszor ketté tördelünk egy egyenes vagy sík mentén újra és újra, akkor az előálló sokszögek vagy poliéderek jellemzőinek átlaga a négyzet, illetve a kocka tulajdonságaival fog megegyezni.

Vagyis a térbeli esetben e töredékeknek átlagosan 8 csúcsuk, 12 élük és 6 oldallapjuk lesz.

E jelenség számos helyen megfigyelhető a természetben, a sziklák eróziójától
a szikes talaj repedezéséig. Bár a természetbeli töredezési folyamatok, ha elegendően sok idő áll rendelkezésre, végül törmelékek kaotikusnak tetsző halmazát hozzák létre, kőzetek esetén valójában leggyakrabban kettétörések sorozataként játszódnak le. Ha ez a sorozat kellően hosszú, akkor a végeredmény szempontjából már nem lesz érdekes a kiindulási állapot,
a fragmentumok jellemzői a négyzet, illetve a kocka tulajdonságaihoz fognak tartani.

Mindezt a konvex mozaikok elmélete írja le, amelyet eddig még nem alkalmaztak mechanikai problémák leírására. A matematikai bizonyításon túl
a kutatók rengeteg kőtörmeléket (több ezer darabot) ténylegesen le is mértek, megszámlálták a lapjaikat, csúcsaikat, több százezer darab töredezését pedig számítógéppel modellezték. Az empirikus adatok igazolták az elméleti számítások eredményeit.

De ha a töredezés a kockához tart, akkor hol vannak maguk a kockák a természetben?

Hiszen a köbös kristályú ásványoktól eltekintve nem állíthatjuk, hogy bármerre nézünk, csak kockákat látunk a világban.

„Ez talán a legérdekesebb kérdés az egész vizsgálatban. A kocka mindenhol jelen van áttételes módon, a nagy adattömegek átlagaiban, fizikai valójában mégis csak a legritkább esetben jelenik meg – folytatja Domokos Gábor. – Itt lépünk át a filozófia világába, hiszen ez már másfajta létezés, mint amit
a szemünkkel érzékelni tudunk. Az átlag maga is absztrakt fogalom. Azt bizonyítottuk, hogy a töredékek jellemzőinek átlaga pontosan megfelel a kockának, de ehhez nem kell látnunk magát a kockát. Itt is kapcsolódunk Platónhoz, hiszen ő is azt tanította, hogy a mögöttes valóságot kell keresni, amit közvetlenül nem tudunk érzékelni.”

A kutatók azt is kimutatták, hogy habár az előálló repedésmintázatok véletlenszerűek, mégsem alakulhatnak bármilyenné. Az akadémikus szóhasználatával létezik a repedésmintázatoknak egy katalógusa, amelyet sikerült leírniuk. Minden előálló mintázat beilleszthető e katalógusba, sőt sikerült leírniuk az előálló mintázattípus és az őt létrehozó fizikai erők (az úgynevezett feszültségmezők) közötti összefüggést is. Domokos Gábor szerint a továbblépés szempontjából ez az igazán hasznos e felfedezésben: felismerték, hogy mind a létrehozó erők, mint a repedésmintázatok kategorizálhatók, és megtalálták a két katalógus közötti szótárat is.

Forrás: istockphoto.com

Ezen a felismerésen alapszik a kutatás eredményeinek egyik lehetséges gyakorlati alkalmazása is. Az ismeretek segítségével a repedési mintázat alapján vissza lehet következtetni az őt létrehozó geofizikai folyamatokra, erőhatásokra. Sőt, a mintázat széthullása után fellelhető különálló törmelékdarabok vizsgálata is alkalmas lehet a mintázat fizikai eredetének meghatározására. Az efféle tudásnak számos kutatási és ipari alkalmazása lehet, a geológiában, az idegen bolygók kutatásában vagy éppen a precíziós alkatrészek ipari minőség-ellenőrzésében. Utóbbi esetben egy prototípus (például egy turbinalapát) repedéseinek vizsgálatából következtetni lehet
a benne fellépő feszültségekre.

„A létrehozó fizikai folyamatok egyértelmű geometriai ujjlenyomatot hagynak a tárgyakon. Ezek a geológiai minták esetében akár több milliárd évig is megmaradhatnak – mondja Domokos Gábor. – Sőt a tárgyak felszíni repedezettségi mintázata és a mélységi repedések mintázata között is megtaláltuk a kapcsolatot. Vagyis pusztán a felszín elemzéséből következtetni tudunk arra, hogy a test belsejében milyen repedések alakulhattak ki.”

Domokos Gábor a Gömböc – tehát az első ismert, csak egyetlen stabil és egyetlen instabil egyensúlyi ponttal rendelkező homogén, konvex test – egyik felfedezője. Elmondta, hogy a két felfedezés szoros kapcsolatban áll egymással, hiszen a kocka és a Gömböc a természetes kopási folyamatok két végpontjának tekinthető. Ha megszámláljuk egy test egyensúlyi pontjainak számát, akkor elhelyezhetjük az alakfejlődési evolúciós skálán, amelynek végpontja a sokakat teknőspáncélra emlékeztető Gömböc.

Forrás: https://mta.hu/tudomany_hirei