Ученые нашли способ «упорядочить хаос»: как турбулентность рождает структуры

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Взгляните на бурный поток реки, на клубы дыма, поднимающиеся от костра, или на пенящийся след за катером. Все это примеры турбулентности — явления, которое, несмотря на свою повсеместность, до сих пор остается одной из величайших загадок физики.

Автор: Designer

Хаотичное, непредсказуемое движение жидкости или газа, казалось бы, не поддается никаким закономерностям. Однако, группа ученых из Чикагского университета, Эйндховенского технологического университета и Французского национального центра научных исследований сделала удивительное открытие: при определенных условиях из турбулентного хаоса могут спонтанно возникать упорядоченные структуры.

Вихревая дорожка при обтекании цилиндра
Автор: {{FPC}} Von Kármán vortex street animation, courtesy Cesareo de La Rosa Siqueira. [http://www.mcef.ep.usp.br/staff/jmeneg/cesareo/Cesareo_HomePage.html] Источник: commons.wikimedia.org

Ключом к этому феномену является «нечетная вязкость» — свойство, которое изменяет характер движения частиц жидкости, не рассеивая при этом энергию. Представьте себе обычную вязкость, как силу трения, которая замедляет движение и превращает его в тепло. Нечетная же вязкость ведет себя иначе: она «закручивает» движение частиц, не отбирая у них энергию.

В своей работе ученые смоделировали поведение жидкости с нечетной вязкостью, заставив все ее частицы вращаться как волчки. Затем, варьируя параметры модели, они обнаружили нечто необычное: при определенных условиях хаотичное вихревое движение сменялось упорядоченными структурами.

«Секрет в том, чтобы создать смешанный каскад, где большие вихри стремятся разделяться, а малые — сливаться», — объясняет Мишель Фрушар, один из авторов исследования. «Если удается добиться правильного баланса, возникают узоры».

Хотя искусственно создать жидкость с нечетной вязкостью довольно сложно, в природе существуют явления, где это свойство может проявляться. Например, подобное поведение демонстрируют электроны или многоатомные газы в магнитном поле. Ученые полагают, что нечетная вязкость может играть роль в формировании структур в солнечной короне и солнечном ветре, а также в атмосферных потоках и плазме.

Открытие возможности «упорядочивания хаоса» в турбулентных потоках имеет огромный потенциал. Понимание механизмов возникновения структур из вихревого движения может помочь нам создать более эффективные самолеты, двигатели и ветряные турбины, а также лучше прогнозировать поведение атмосферы и космической плазмы.

«Мы только в начале пути», — говорит профессор Винченцо Вителли, один из руководителей исследования, — «но меня завораживает идея, что можно взять турбулентное состояние, которое является воплощением хаоса, и использовать его для создания узоров. Это фундаментальное изменение, достигаемое лишь небольшим «подкручиванием» на самом малом масштабе».

Исследование ученых открывает новую главу в изучении турбулентности. Возможно, в будущем мы научимся не только понимать, но и управлять этим загадочным явлением, превращая хаос в источник порядка и эффективности.

1 комментарий

113900642377547072761@google
Название, мягко говоря, странное. Наше существование буквально строится на том, чтобы держать хаос, энтропию, под контролем. К самой статье вопросов не имею.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Динозавры погибли, а флора выжила: как «сломанная» ДНК спасла растения от глобальных катаклизмов

Удвоение всего генетического материала — полногеномная дупликация, или полиплоидия — это серьезный сбой в фундаментальных процессах живой клетки. В нормальных условиях...

Почему в турецком городе Мардин запрещено строить новые дома

Турецкий город Мардин застал времена древней Месопотамии, видел на своих улицах ассирийцев и римлян, был одной из главных остановок на Великом шелковом пути, а позже вошел в состав великой...

Гигантская корова, которую печатали на деньгах. Сколько весила и стоила легенда фермеров Англии

Человек одомашнил крупный рогатый скот более 10 тыс. лет назад, и сегодня общемировое поголовье коров составляет порядка 1.5 млрд особей. Средний вес взрослой буренки редко превышает 700-750 кг, а...

Kiwi Ears Halcyon — с MEMS драйвером — обзор трибридных внутриканальных наушников 1DD+1MEMS+3BA

Компанию Kiwi Ears я отношу к продуктивным, потому что они довольно часто выпускают новые модели. Но не настолько часто, чтобы посчитать, что они мало времени уделяют разработке. А Halcyon так и...

К Нью-Йорку ползет 400-километровая зона плавящейся мантии: геологи объяснили происхождение горячей зоны под США

Глубоко под северо-восточной частью Соединенных Штатов Америки, в районе Новой Англии, располагается крупная геологическая структура, известная как Северо-Аппалачская аномалия. Современная...

Обзор моющего пылесоса Dreame H16 Pro Steam – что меняется при уборке горячей водой

Моющие пылесосы уже давно перестали быть чем-то редким, но, когда появляется модель с упором не только на воду, а еще и на пар и механическую работу с грязью, становится интересно, как это все...