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

Галактика без звезд: астрономы обнаружили объект, состоящий на 99,9% из темной материи

Вся история наблюдательной астрономии построена на одном базовом принципе: ученые могут изучать только те объекты, которые излучают или поглощают свет. Звезды, пульсары, облака раскаленного...

Титановое «яйцо» в тонарме: что было особенного в советском проигрывателе пластинок «Корвет ЭП-003»

В советское время бытовая техника часто развивалась по остаточному принципу после военной и тяжелой промышленности. Но роль отдельной личности нельзя недооценивать, так случилось и с разработкой...

Как не выкидывать деньги и не кормить продавцов.Трачу минимум денег на даче и получаю урожай при этом

Из чего складываются расходы обычного дачника, желающего покушать свои собственные овощи, зелень и фрукты? Автор: ru. freepik Источник: ru.freepik.com Есть «капитальные затраты» и текущие. Я отнесу...

Почему новые смартфоны всё реже получают зарядку в комплекте — и выгодно ли это пользователю

За последние несколько лет комплектация смартфонов заметно изменилась. Если раньше покупатель получал «полный набор» — устройство, блок питания, кабель, иногда даже наушники —...

Как отличить видео, созданное нейросетью, от реального

В эпоху быстрого развития технологий видео, сгенерированные искусственным интеллектом, стали неотъемлемой частью интернета и в последнее время они стали почти неотличимы от настоящих. Такие ролики...

От часов до компьютеров: как «Электроника» стала главным производителем техники в СССР и что от неё осталось

В советское время бытовая электроника редко ассоциировалась с яркими брендами и агрессивной рекламой. Однако одна торговая марка «Электрoникa» сумела стать настоящим символом технического прогресса...