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

Новые часы, которые выглядят старыми: обзор модели, посвященной Байкало-Амурской магистрали

На днях Угличский часовой завод пополнил коллекцию «Наследие» моделью, которая посвящена Байкало-Амурской магистрали в частности; а еще шире - эти часы продолжают развивать тему...

Самое пресное море России: физика речных плюмов Арктики и биологический парадокс Обь-Енисейского зеркала

В научно-популярной литературе Балтийское море часто называют самым пресным в России, указывая на его среднюю соленость в районе 6-8 граммов соли на литр (промилле, ‰). Однако с точки зрения...

Как NASA и Boeing потеряли рецепт Starlite: пластик, способный выдержать 10 000 °C

Хочу рассказать об одной утерянной технологии. Не так давно, в 1993 году, на британском телевидении произошло нечто невероятное. В прямом эфире популярного местного шоу обычное куриное яйцо покрыли...

На Марсе нашли следы устойчивого океана. Почему это меняет шансы найти жизнь?

Долгое время планетологи спорили о том, каким был ранний Марс. Одни исследователи утверждали, что планета всегда оставалась холодной и сухой, а жидкая вода появлялась на ней лишь...

Как тихоходки превращают свои клетки в подобие стекла при угрозе перегрева

Тихоходки представляют собой одну из самых устойчивых групп многоклеточных организмов на Земле. Они способны переносить условия, которые смертельны для большинства других живых существ: интенсивное...

Портативный магнитофон «Электроника-302»: технический разбор советского уличного стандарта

Портативный кассетный магнитофон «Электроника-302» стал одним из самых массовых бытовых приборов в СССР конца 1970-х и 1980-х годов. Разработанный на базе предыдущей 301-й модели, он серийно...