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

Как мозг дорисовывает реальность: ученые используют слепое пятно в сетчатке глаза для проверки теорий сознания

В 1668 году французский физик Эдм Мариотт провел простой эксперимент. Он закрепил на уровне глаз две небольшие монеты на расстоянии около одного метра друг от друга. Затем он закрыл левый глаз, а...

Великая Индийская стена: как осталась в тени младшая сестра китайской достопримечательности

О Великой китайской стене знают все. Еще бы, её даже из космоса видно, а в книге рекордов Гиннесса она занимает гордую строчку лидерства. Но есть другие великие стены, о которых знает хорошо,...

Лето — это не только отдых, но и клещи: как защитить себя и близких

С наступлением теплого времени года природа оживает после зимнего сна. Вместе с первыми зелеными листьями, цветами и прогулками на свежем воздухе просыпаются и клещи — маленькие, но...

А вы перевели свои окна в режим «лето»? Как это делается и зачем это нужно

Практически в каждом доме и офисном здании сегодня установлены пластиковые окна. Конечно, есть исключения: кто-то остается верен деревянным рамам, а где-то используются большие стеклянные витражи...

Обязательно ли обслуживать кондиционер перед летом или можно этим пренебречь?

Лето у большинства людей ассоциируется с отпуском, поездками на море, отдыхом у водоемов, путешествиями в горы, рыбалкой и временем, проведенным на природе. Но многие ли задумываются о том,...

Зачем на бутылках с водой указывают срок годности, если вода не портится

Чистая вода — одно из самых стабильных веществ на Земле. В отличие от молока, сока или других продуктов, в ней нет сахаров, белков и других компонентов, которые служат пищей для бактерий...