Míg a rend gyakran káoszhoz vezet, néha fordítva igaz. A turbulens folyadék például hajlamos spontán módon rendezett mintát képezni: párhuzamos csíkokkal.
Noha a fizikusok kísérletileg megfigyelték ezt a jelenséget, most meg tudják magyarázni, hogy miért történik ez az alapvető folyadékdinamikai egyenletek felhasználásával, egy lépéssel közelebb hozva őket annak megértéséhez, hogy a részecskék miért viselkednek ilyen módon.
A laboratóriumban, amikor egy folyadékot helyeznek el egymással ellentétes irányban mozgó két párhuzamos lemez között, az áramlása turbulens lesz. De egy kis idő múlva a turbulencia csíkos mintázatként kezd simulni. Milyen eredményt jelent az egyenletes és turbulens vonalak, amelyek az áramlási szögben futnak (képzelje el a folyóban a szél által okozott enyhe hullámokat).
"A szerkezet és az egyértelmű rend rendben van a turbulencia kaotikus mozgásából" - mondta Tobias Schneider, a Lausanne-i Svájci Szövetségi Technológiai Intézet műszaki iskolájának adjunktusának, Tobias Schneidernek. Ez a "furcsa és nagyon homályos" viselkedés "hosszú, hosszú ideig" elbűvölte a tudósokat ".
Richard Feynman fizikus azt jósolta, hogy a magyarázatot a folyadékdinamika alapvető egyenleteiben kell elrejteni, nevezetesen a Navier-Stokes egyenleteknek.
De ezeket az egyenleteket nagyon nehéz megoldani és elemezni - mondta Schneider a Live Science számára. (Annak bemutatása, hogy a Navier-Stokes egyenleteknek még a sima megoldás is van a 3D folyadék minden pontján, az az egymillió dolláros Millennium-díj egyik problémája.) Ennél fogva senki nem tudta, hogy az egyenletek miként jósolták ezt a mintázatképző viselkedést. Schneider és csapata a módszerek kombinációját alkalmazta, ideértve a számítógépes szimulációkat és az elméleti számításokat is, hogy ezekre az egyenletekre „nagyon különleges megoldásokat” találjon, amelyek matematikailag leírják a káoszról a rendre való átmenet minden egyes lépését.
Más szavakkal, lebontották a kaotikus viselkedést a nem kaotikus építőelemeikbe, és megoldásokat találtak minden egyes apró darabhoz. "A viselkedés, amelyet megfigyelünk, nem titokzatos fizika" - mondta Schneider. "Ez valahogy el van rejtve a folyadékáramot leíró standard egyenletekben."
Ezt a mintát fontos megérteni, mert megmutatja, hogy a turbulens és a nyugodt, más néven "lamináris áramlás" versenyeznek egymással annak végső állapotának meghatározásakor, egy nyilatkozat szerint. Amikor ez a minta megtörténik, a turbulens és a lamináris áramlás egyenlő erősségű - egyik oldal sem nyeri meg a háború vontatóját.
De ezt a mintát nem igazán látják a természetes rendszerekben, mint például a levegő turbulenciája. Schneider megjegyzi, hogy egy ilyen mintázat valójában "nagyon rossz" lenne a sík számára, mert repülõ turbulens és nem turbulens vonalakon keresztül kellene repülnie.
A kísérlet fő célja inkább a folyadékok alapvető fizikájának megértése volt egy ellenőrzött környezetben - mondta. Csak a folyadékok nagyon egyszerű mozgásainak megértésével kezdhetjük megérteni a körülöttünk mindenhol létező komplex turbulenciarendszereket, a repülőgépek körüli légáramlástól a csővezetékek belsejéig - tette hozzá.
A kutatók megállapításaikat május 23-án tették közzé a Nature Communications folyóiratban.
