I když se řád často přeměňuje na chaos, někdy je opak pravdou. Například turbulentní tekutina má sklon spontánně vytvářet uklizený vzor: rovnoběžné pruhy.
Ačkoli fyzikové tento jev experimentálně pozorovali, mohou nyní vysvětlit, proč k tomu dochází pomocí základních rovnic dynamiky tekutin, což je o krok blíže k pochopení, proč se částice chovají tímto způsobem.
V laboratoři, když je tekutina umístěna mezi dvěma rovnoběžnými deskami, které se pohybují v opačných směrech od sebe, se její proud stane turbulentním. Ale po chvíli se turbulence vyhlazuje v pruhovaném vzoru. Výsledkem je plátno hladkých a turbulentních linií probíhajících v úhlu k toku (představte si mírné větrem vytvořené vlny v řece).
"Z chaotického pohybu turbulencí získáte strukturu a jasný řád," řekl vedoucí autor Tobias Schneider, odborný asistent na technické škole ve Švýcarském federálním technologickém institutu Lausanne. Toto „zvláštní a velmi nejasné“ chování „vědce fascinovalo dlouhou, dlouhou dobu“.
Fyzik Richard Feynman předpověděl, že vysvětlení musí být skryto v základních rovnicích dynamiky tekutin, nazývaných Navier-Stokesovy rovnice.
Ale tyto rovnice je velmi obtížné vyřešit a analyzovat, řekl Schneider Live Science. (Ukazující, že Navier-Stokesovy rovnice mají hladké řešení v každém bodě pro 3D tekutinu, je jedním z problémů 1 000 000 000 $.) Až do tohoto bodu nikdo nevěděl, jak rovnice předpovídají toto chování formování vzorců. Schneider a jeho tým použili kombinaci metod, včetně počítačových simulací a teoretických výpočtů, k nalezení souboru „velmi speciálních řešení“ těchto rovnic, které matematicky popisují každý krok přechodu z chaosu na řád.
Jinými slovy, rozbili chaotické chování do svých ne chaotických stavebních bloků a našli řešení pro každý malý kus. „Chování, které pozorujeme, není tajemná fyzika,“ řekl Schneider. "Je to nějak ukryté ve standardních rovnicích, které popisují tok tekutin."
Tento vzorec je důležité pochopit, protože ukazuje, jak turbulentní a klidný, jinak známý jako „laminární proudění“, spolu soutěží o určení svého konečného stavu. Když nastane tento vzor, turbulentní a laminární proudy jsou silou stejné - bez toho, že by strana tahala za válku.
V přírodních systémech, jako jsou turbulence ve vzduchu, však tento vzorec není vidět. Schneider poznamenává, že takový model by ve skutečnosti „byl pro letadlo„ docela špatný “, protože by musel prolétat lešením hrbolatých turbulentních a ne turbulentních linií.
Hlavním cílem tohoto experimentu bylo pochopit základní fyziku tekutin v kontrolovaném prostředí. Pouze pochopením velmi jednoduchých pohybů tekutin můžeme začít chápat složitější systémy turbulencí, které existují všude kolem nás, od proudění vzduchu kolem letadel po vnitřní potrubí, dodal.
Vědci publikovali svá zjištění 23. května v časopise Nature Communications.
