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

Почему свёкла иногда вырастает огромной, но невкусной

Крупная свёкла сначала кажется поводом для гордости. Корнеплод едва помещается в ладони, тяжёлый, ровный, без трещин — настоящий выставочный экземпляр. Но стоит его разрезать и сварить,...

Австралия — остров, который считают материком? И при чём здесь Гренландия

Если спросить случайного человека, какой самый большой остров на Земле, большинство уверенно ответят — Гренландия. И будут правы. Но если спросить следующее: а Австралия — это...

Чемодан на колесиках: путь изобретения, которое десятилетиями никому не было нужно

Сегодня в любом аэропорту мира можно увидеть пассажиров, которые везут за собой багаж, не прилагая почти никаких усилий. Чемодан на колесиках стал настолько обыденной вещью, что мало кто...

Почему усилитель мощности QUAD 405 1975 года копируют и слушают и сегодня

Усилитель мощности QUAD 405, появившийся в 1975 году в Великобритании, действительно стал феноменом: его и сейчас активно копируют, а аудиофилы продолжают им восхищаться. Платы для DIY аудио...

Физики обошли третий закон Ньютона: как заставить микрочастицы двигаться без моторов и топлива

В физике взвесей и дисперсных систем существует фундаментальная закономерность: взвешенные в жидкости микрочастицы под действием межмолекулярных или наведенных внешними полями сил взаимного...

«Летающие лосиные клещи» или кровососки, так ли опасны их укусы для человека

На пороге ранняя осень — любимое время для охотников, грибников и туристов, которые посещает лес. Но часто им досаждают назойливые и неприятные насекомые, прозванные в народе «летающими...