Düzen genellikle kaosa dönüşürken, bazen bunun tersi de geçerlidir. Örneğin türbülanslı sıvı kendiliğinden düzenli bir desen oluşturma eğilimindedir: paralel şeritler.
Fizikçiler bu olguyu deneysel olarak gözlemlemelerine rağmen, şimdi bunun neden temel akışkan dinamiği denklemlerini kullanarak olduğunu açıklayabilirler ve bu da onlara parçacıkların neden bu şekilde davrandıklarını anlamalarına bir adım daha yaklaştırabilir.
Laboratuarda, birbirinden zıt yönlerde hareket eden iki paralel plaka arasına bir sıvı yerleştirildiğinde, akışı çalkantılı hale gelir. Ancak kısa bir süre sonra, türbülans çizgili bir desende yumuşamaya başlar. Sonuç, akışa doğru açılı pürüzsüz ve türbülanslı çizgilerden oluşan bir tuvaldir (bir nehirde rüzgar tarafından oluşturulan hafif dalgaları hayal edin).
İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü Lozan'da mühendislik okulunda yardımcı doçent olan kıdemli yazar Tobias Schneider, "Türbülansın kaotik hareketinden yapı ve net düzen elde edersiniz" dedi. Bu "biraz garip ve çok belirsiz" davranışlar "bilim adamlarını uzun, uzun zamandır büyüledi."
Fizikçi Richard Feynman, açıklamanın Navier-Stokes denklemleri olarak adlandırılan akışkan dinamiğinin temel denklemlerinde gizlenmesi gerektiğini öngördü.
Ancak Schneider, bu denklemleri çözmek ve analiz etmek çok zordur. (Navier-Stokes denklemlerinin bir 3D sıvı için her noktada pürüzsüz bir çözüme sahip olduğunu göstererek 1 milyon dolarlık Milenyum Ödülü problemlerinden biridir.) Bu noktaya kadar, hiç kimse denklemlerin bu kalıp oluşturma davranışlarını nasıl öngördüğünü bilmiyordu. Schneider ve ekibi, kaostan düzene geçişin her adımını matematiksel olarak tanımlayan bu denklemlere bir dizi "çok özel çözüm" bulmak için bilgisayar simülasyonları ve teorik hesaplamalar da dahil olmak üzere bir yöntem kombinasyonu kullandılar.
Başka bir deyişle, kaotik davranışı kaotik olmayan yapı taşlarına ayırdılar ve her küçük yığın için çözümler buldular. Schneider, “Gözlemlediğimiz davranış gizemli fizik değil,” dedi. "Bir şekilde sıvı akışını tanımlayan standart denklemlerde gizlidir."
Bu paterni anlamak önemlidir, çünkü bir ifadeye göre "laminar akış" olarak da bilinen türbülanslı ve sakin, son durumunu belirlemek için birbirleriyle nasıl rekabet ettiklerini gösterir. Bu patern meydana geldiğinde, çalkantılı ve laminer akışların gücü eşittir - hiçbir taraf savaş römorkörünü kazanmaz.
Ancak bu model, havadaki türbülans gibi doğal sistemlerde gerçekten görülmez. Schneider, böyle bir modelin aslında uçak için "oldukça kötü" olacağını çünkü türbülanslı çizgilerden değil, engebeli türbülanslı bir iskele üzerinden uçmak zorunda kalacağını belirtiyor.
Aksine, bu deneyin ana amacının kontrollü bir ortamda sıvıların temel fiziğini anlamak olduğunu söyledi. Sadece akışkanların çok basit hareketlerini anlayarak, etrafımızdaki her yerde, uçakların etrafındaki hava akışından boru hatlarının içine kadar olan daha karmaşık türbülans sistemlerini anlamaya başlayabiliriz.
Araştırmacılar bulgularını Nature Communications dergisinde 23 Mayıs'ta yayınladılar.
