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
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

Живые квантовые компьютеры: как птицы используют запутанность для навигации

Магнитное поле Земли незаметно для человека. Его индукция составляет от тридцати до шестидесяти микротесл. Обычный сувенирный магнит на холодильнике в сотни раз сильнее, а медицинский томограф...

Хаос задачи трех тел преодолен? Математики научились находить точные орбиты по точкам выравнивания

Взаимодействие двух космических тел — например, одиночной звезды и обращающейся вокруг нее планеты — описывается классическими законами Кеплера. Траектория планеты в такой...

Обзор наушников CKLVX Lava: достойное развитие известной модели

После успеха нашумевших CK2V, компания CKLVX решила не останавливаться на достигнутом, результатом чего стала новая, не менее впечатляющая модель — Lava. Внутри которой стоит уже 2...

«Кукурузник» возвращается: почему хотят вернуть на региональные рейсы советские самолёты Ан-2

Советский биплан Ан-2 впервые поднялся в воздух в 1947 году. И тем не менее он до сих пор остаётся одним из самых востребованных самолётов малой авиации в России и ряде других стран. Почему же...

Нетуристический Египет: как город, построенный на мусоре обгоняет европейские технологии по переработке и спасает Каир

Египет уже настолько прочно соединился в умах людей с пирамидами и отдыхом олинклюзив, что кажется, за этим фасадом больше ничего-то и нет. Как в старых играх с ограниченным миром, где стоит чуть...

Как ускорить созревание томатов и перцев в сентябре

К сентябрю на кустах нередко остаётся много зелёных томатов и перцев, хотя условия для их развития уже ухудшаются. Дни становятся короче, ночи — холоднее, а суточные перепады температуры...