Докато редът често преминава в хаос, понякога е вярно обратното. Турбулентният флуид, например, има склонност спонтанно да образува подреден модел - паралелни ивици.
Въпреки че физиците са наблюдавали вече това явление експериментално, едва сега могат да обяснят защо това се случва с помощта на уравнения за фундаментална динамика на флуидите, което ги прави стъпка по-близо до разбирането защо частиците се държат по този начин.
В лабораторията, когато течност се постави между две успоредни плочи, които се движат в противоположни посоки една от друга, нейният поток става турбулентен. Но след известно време турбуленцията започва да се изглажда в райе. Резултатът е повтарящи се гладки и турбулентни линии, протичащи под ъгъл към потока (представете си леките вълни при вятър в реката).
"Получавате структура и ясен ред от хаотичното движение на турбуленцията", казва старшият автор Тобиас Шнидер, асистент в инженерното училище на Швейцарския федерален технологичен институт в Лозана. Това „странно и много неясно“ поведение "очарова учените от дълго, дълго време“.
Физикът Ричард Файнман прогнозира, че обяснението трябва да се крие във фундаменталните уравнения на динамиката на флуидите, наречени уравнения на Навие-Стокс.
Но тези уравнения са много трудни за решаване и анализиране, казва Шнайдер на Live Science. Дали уравненията на Навие-Стокс имат гладко решение във всяка точка на 3D флуид, е задача, за която има награда 1 милион долара (Millennium Prize problems)
Така до този момент никой не знаеше как уравненията предсказват това образуване на подредени ивици. Шнидер и неговият екип използват комбинация от методи, включително компютърни симулации и теоретични изчисления, за да намерят набор от "много специални решения" за тези уравнения, които математически описват всяка стъпка от прехода от хаос към ред.
"Поведението, което наблюдаваме, не е мистериозна физика", каза Шнидер. "По някакъв начин е скрито в стандартните уравнения, които описват флуидния поток."
Този модел е важен за разбиране, защото показва как турбулентния и спокойният (ламинарният) поток, се конкурират помежду си за определяне на крайното състояние. Когато се появи този модел, турбулентните и ламинарните потоци са еднакви по сила без нито един да надделее.
Но този модел не се наблюдава в естествени системи кавато е турбуленцията във въздуха. Шнайдер отбелязва, че подобен модел би бил „доста лош“ за самолет, защото би трябвало да лети през последователност от неравномерни турбулентни и нетурбулентни линии.
По-скоро основната цел на този експеримент е да се разбере фундаменталната физика на флуидите в контролирана среда, казва той. Само чрез разбиране на много простите движения на течности можем да започнем да разбираме по-сложните системи на турбуленция, които съществуват навсякъде около нас, от въздушния поток около самолетите до вътрешността на тръбопроводите, пояснява той.
Изследователите са публикували своите открития в Nature Communications.
