Ein Duke-Theoretiker sagt, es gibt einen sehr guten Grund dafür, dass Objekte im Universum in den unterschiedlichsten Größen vorkommen, von den größten Sternen bis zu den kleinsten Staubpartikeln – und es hat viel damit zu tun, wie Farbe beim Trocknen reißt.
In einem am 1. März im Journal of Applied Physics veröffentlichten Artikel erklärt Adrian Bejan, JA Jones-Professor für Maschinenbau an der Duke University , wie die Notwendigkeit, innere Spannungen abzubauen, das Universum, wie wir es sehen, geformt hat.
Obwohl das sehr frühe Universum unermesslich groß und ausgedehnt ist, kann man es sich als endliches Volumen schwebender Teilchen vorstellen. Und weil jedes Objekt im Universum eine Gravitationskraft auf jedes andere Objekt im Universum ausübt, stand dieses Volumen unter innerer Spannung.
Es war nur eine Frage der Zeit, bis sich die Teilchen zu größeren Objekten zusammenfügten. Aber warum kamen sie zusammen und bildeten Objekte in so unterschiedlichen Größen und nicht auf einheitliche Weise? „Wir wissen aus gemeinsamen Erfahrungen, dass Dinge unter volumetrischer Spannung reißen, und zwar überall sofort“, sagte Bejan. „Das einfachste Beispiel ist das Trocknen von Farbe an einer Wand. Beim Trocknen schrumpft es und setzt das gesamte System unter Spannung. Dann bumm es, es knackt plötzlich über Nacht und löst die Spannung. Und das Design, das für dieses Relief verantwortlich ist, ist hierarchisch, das heißt, es gibt wenige große und viele kleine.“
Laut Bejan folgt dieses Reliefmuster dem Konstruktionsgesetz , das er 1996 verfasst hat. Das Konstruktionsgesetz besagt, dass jedes fließende System, das sich im Laufe der Zeit frei ändern kann, zu einer leichter fließenden Architektur tendiert. Für Flüsse, Wurzeln und Gefäßsysteme bedeutet dies, dass einige große Kanäle massive Strömungen zu zahlreichen kleineren Zweigen zur Evakuierung befördern. Für ein junges Universum mit Teilchen, die in alle Richtungen ziehen, bedeutet dies, dass sich die innere Spannung so schnell wie möglich löst.
In einer Reihe von Gedankenexperimenten und einfachen physikalischen Gleichungen zeigt Bejans Artikel, dass die Spannung am schnellsten durch die Bildung von Körpern in einer Hierarchie gelöst werden konnte. Das heißt, er zeigt, dass, wenn alle gebildeten Körper die gleiche Größe hätten, die Spannung nicht so affektiv gelöst würde, wie wenn einige wenige große Körper zusammen mit vielen kleineren Körpern gebildet würden.
Genauso wie die Risse im Lack.
„Alle volumetrischen Risse sind hierarchisch. Man sieht nie gleichmäßige Risse oder Brüche“, sagte Bejan. „In der Himmelsmechanik gibt es diese sehr alte Idee, dass Körper aufgrund der Schwerkraft zusammenwachsen und wachsen, was natürlich richtig ist. Wachstum ist eine Sache, aber hierarchisch zu wachsen und nicht alle in der gleichen Größe zu wachsen, ist eine andere Sache, die man Natur nennt.“