Einer Forschergruppe der Universität von Cambridge in Großbritannien ist es gelungen, die genaue Struktur von Falten auf einst glatten Oberflächen zu berechnen. Dazu benutzten die Forscher nur die physikalische Grundtatsache, dass Systeme jeglicher Art danach trachten, ihre Energie so klein wie möglich zu halten. Ihre Resultate können daher auf alle Arten von Faltenbildung angewendet werden ? das Altern der Haut, das Schrumpeln eines alten Apfels, oder auch die Entstehung von Defekten in Halbleiteroberflächen. Das berichten die Wissenschaftler im Fachblatt Physical Review Letters (Band 90, Referenznummer 074302).
Dünne, glatte Schichten beginnen in der Regel Falten aufzuwerfen, wenn sie sich auf einer festeren Basisstruktur befinden, die sich mit der Zeit zusammenzieht. Im Falle eines Apfels bildet die Haut Falten aus, wenn das innere Fruchtfleisch ? die Basisstruktur ? austrocknet und sich somit zusammenzieht. Enrique Cerda und seine Kollegen gehen in ihrer Arbeit nun davon aus, dass die genaue Struktur dieser Falten von dem Bestreben des Systems bestimmt ist, bei diesem Vorgang seine Energie so klein wie möglich zu halten.
Die Wellenlänge des Faltenwurfs ? der Abstand zwischen zwei ?Rillen? ? ist dabei durch einen Kompromiss zwischen der Minimierung der Oberflächenenergie der dünnen Schicht und der dickeren und steiferen Basisstruktur bestimmt. Während nämlich die Energie der dünnen Schicht für Falten, die einen großen Abstand voneinander aufweisen und damit eine große Wellenlänge besitzen, am kleinsten ist, bevorzugt die Basisstruktur aufgrund ihrer Festigkeit Falten mit einer kleineren Wellenlänge. Die Gesamtenergie des Systems ist somit in der Regel für eine genau bestimmte Wellenlänge minimal.
Für einen vertrocknen Apfel beträgt diese Wellenlänge der neuen Theorie nach etwa 1,5 Millimeter, für die eingedrückte Haut einer menschlichen Hand hingegen 2,5 Millimeter ? in guter Übereinstimmung mit von den Forschern durchgeführten Experimenten.
Cerda glaubt daher, dass seine Theorie bei der Verhinderung von Falten hilfreich sein kann. So könnte etwa faltige Gesichtshaut an genau von der Theorie bestimmten Punkten durch eine betäubende Creme aufgeschwollen werden, um so die Haut in der Umgebung zu straffen.
Stefan Maier
