Medtem ko red pogosto prehaja v kaos, včasih velja tudi obratno. Na primer burna tekočina ima nagnjenost k spontanemu oblikovanju urejenega vzorca: vzporedne črte.
Čeprav so fiziki ta pojav opazovali eksperimentalno, lahko zdaj razložijo, zakaj se to zgodi s temeljnimi enačbami dinamike tekočin, s čimer so korak bližje razumevanju, zakaj se delci obnašajo na tak način.
Ko je tekočina nameščena med dvema vzporednima ploščama, ki se premikata v nasprotni smeri drug od drugega, postane njen pretok moten. Toda čez nekaj časa se turbulenca začne črtati po črtastem vzorcu. Rezultat je platno gladkih in turbulentnih linij, ki potekajo pod kotom proti toku (predstavljajte si rahle vetrove, ustvarjene valove v reki).
"Iz kaotičnega gibanja turbulenc dobite strukturo in jasen red," je dejal višji avtor Tobias Schneider, docent za tehnično šolo Švicarskega zveznega tehnološkega inštituta v Lozani. To "nekako čudno in zelo prikrito" vedenje je "znanstvenike očaralo že dolgo, dolgo".
Fizik Richard Feynman je predvideval, da se mora razlaga skriti v temeljnih enačbah dinamike tekočin, imenovanih Navier-Stokessove enačbe.
Toda te enačbe je zelo težko rešiti in analizirati, je Schneider povedal Live Science. (Dokaz, da imajo Navier-Stokesove enačbe celo gladko rešitev za 3D tekočino, je ena od težav v zvezi z nagrado tisočletja v višini 1 milijon dolarjev.) Do tega trenutka nihče ni vedel, kako enačbe napovedujejo to vedenje, ki tvori vzorce. Schneider in njegova ekipa sta uporabila kombinacijo metod, vključno z računalniškimi simulacijami in teoretičnimi izračuni, da bi našli teh "enakovrednih rešitev" teh enačb, ki matematično opisujejo vsak korak prehoda iz kaosa v red.
Z drugimi besedami, razbili so kaotično vedenje do njegovih ne kaotičnih gradnikov in našli rešitve za vsak majhen kos. "Obnašanje, ki ga opazimo, ni skrivnostna fizika," je dejal Schneider. "To je nekako skrito v standardnih enačbah, ki opisujejo pretok tekočine."
Ta vzorec je pomemben za razumevanje, saj kaže, kako se burna in umirjena, sicer znana kot "laminarni tok", med seboj tekmujeta, da določita njeno končno stanje, piše v izjavi. Ko se pojavi ta vzorec, so turbulentni in laminarni tokovi enaki po moči - brez stranske zmage proti vlačilcu.
Toda tega vzorca v naravnih sistemih, kot je na primer turbulenca v zraku, resnično ne vidimo. Schneider ugotavlja, da bi bil takšen vzorec pravzaprav "precej slab" za letalo, ker bi moral leteti skozi ogrodje poskočnih burnih in ne razburkanih linij.
Glavni cilj tega eksperimenta je bil razumeti osnovno fiziko tekočin v nadzorovanem okolju, je dejal. Šele z razumevanjem zelo preprostih gibanj tekočin lahko začnemo razumeti bolj zapletene sisteme turbulenc, ki obstajajo povsod okoli nas, od pretoka zraka okoli letal do notranjosti cevovodov, je dodal.
Raziskovalci so svoje ugotovitve objavili 23. maja v reviji Nature Communications.
