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

Обзор китайской аккумуляторной дрели-шуруповерта под 18V батареи: дешево не значит хорошо

Люблю, когда инструмент стоит своих денег. Не стала исключением и эта ударная дрель, которую можно назвать универсальной: есть функция молотка, есть муфта с широким пределом регулировки момента,...

Земля оказалась гибридом: как наша планета зародилась в одном кольце, а достраивалась в другом

Стандартная модель формирования Солнечной системы предполагала, что планеты земной группы сформировались из широкого, относительно однородного диска пыли и газа, который простирался от Солнца до...

Антарктика годами наращивала лед, а затем резко его потеряла: скрытая причина таяния Южного полюса

Долгое время поведение антарктических льдов расходилось с прогнозами климатологов. В то время как Северный Ледовитый океан терял свой ледяной покров под воздействием растущих глобальных температур,...

Румынский Диснейленд на глубине 120 метров: чем интересна шахта Салина-Турда

Пока все страны мира дружно консервируют и закрывают шахты, отслужившие свое, в Румынии к вопросу подошли креативно. И правильно, зачем добру пропадать, если можно превратить соляную шахту в...

Обзор наушников Twistura Beta Flagship: агрессия, драйв и текстуры

В названии наушников Beta от компании Twistura фигурирует приставка Flagship, то есть флагманские. Да, производитель небольшой и это одно из самых дорогих его решений, однако не так давно мы...

Обзор ноутбука Machenike Star Neptune 2K: 16" и 165Гц дисплей, полный, не урезанный TGP видеокарты RTX 5060 на Intel Core i5 13420H

Ноутбук Machenike Star Neptune 2K понравился большим и хорошим 16″ 2К экраном, актуальным процессором Intel Core i5 13420H и, главное, дискретной мобильной видеокартой NVIDIA RTX 5060 8ГБ с...