Ενώ η τάξη συχνά εξελίσσεται στο χάος, μερικές φορές το αντίστροφο είναι αλήθεια. Το στροβιλώδες υγρό, για παράδειγμα, έχει την τάση να σχηματίζει αυθόρμητα ένα περιποιημένο σχέδιο: παράλληλες λωρίδες.
Αν και οι φυσικοί είχαν παρατηρήσει αυτό το φαινόμενο πειραματικά, μπορούν τώρα να εξηγήσουν γιατί συμβαίνει αυτό χρησιμοποιώντας τις θεμελιώδεις εξισώσεις δυναμικής ρευστού, φέρνοντάς τους ένα βήμα πιο κοντά στην κατανόηση του γιατί τα σωματίδια συμπεριφέρονται με αυτόν τον τρόπο.
Στο εργαστήριο, όταν ένα υγρό τοποθετείται ανάμεσα σε δύο παράλληλες πλάκες που κινούνται σε αντίθετες κατευθύνσεις το ένα από το άλλο, η ροή του γίνεται ταραχώδης. Αλλά μετά από λίγο, η αναταραχή αρχίζει να εξομαλύνεται με ριγέ μοτίβο. Ποια αποτελέσματα είναι ένας καμβάς από ομαλές και τυρβώδεις γραμμές που εκτείνονται σε μια γωνία με τη ροή (φανταστείτε μικρά κύματα που δημιουργούνται από τον άνεμο σε ένα ποτάμι).
"Παίρνετε δομή και σαφή παραγγελία από τη χαοτική κίνηση της αναταραχής", δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας Tobias Schneider, βοηθός καθηγητής στο σχολείο της μηχανικής στο Ελβετικό Ομοσπονδιακό Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Λωζάνης. Αυτή η «παράξενη και πολύ ασαφής» συμπεριφορά «γοητεύει τους επιστήμονες για πολύ καιρό».
Ο φυσικός Richard Feynman προέβλεψε ότι η εξήγηση πρέπει να κρύβεται στις θεμελιώδεις εξισώσεις της δυναμικής των υγρών, που ονομάζονται εξισώσεις Navier-Stokes.
Αλλά αυτές οι εξισώσεις είναι πολύ δύσκολο να λυθούν και να αναλυθούν, δήλωσε ο Schneider στο Live Science. (Που δείχνουν ότι οι εξισώσεις Navier-Stokes έχουν ακόμη μια ομαλή λύση σε κάθε σημείο για ένα 3D ρευστό είναι ένα από τα βραβεία του βραβείου Millennium $ 1 εκατομμύριο). Έτσι μέχρι τώρα, κανείς δεν ήξερε πώς οι εξισώσεις πρόβλεψαν αυτή τη συμπεριφορά που σχηματίζει πρότυπα. Ο Schneider και η ομάδα του χρησιμοποίησαν ένα συνδυασμό μεθόδων, συμπεριλαμβανομένων προσομοιώσεων υπολογιστών και θεωρητικών υπολογισμών, για να βρουν ένα σύνολο "πολύ ειδικών λύσεων" σε αυτές τις εξισώσεις που περιγράφουν μαθηματικά κάθε βήμα της μετάβασης από το χάος στην τάξη.
Με άλλα λόγια, έσπασε τη χαοτική συμπεριφορά στα μη-χαοτικά δομικά στοιχεία της και βρήκε λύσεις για κάθε μικρό κομμάτι. "Η συμπεριφορά που παρατηρούμε δεν είναι μυστηριώδης φυσική", δήλωσε ο Schneider. "Είναι κάπως κρυμμένο σε τυποποιημένες εξισώσεις που περιγράφουν τη ροή υγρών".
Αυτό το μοτίβο είναι σημαντικό να κατανοηθεί γιατί δείχνει πως ο ταραχής και η ηρεμία, γνωστή και ως «στρωτή ροή», ανταγωνίζονται μεταξύ τους για να καθορίσουν την τελική τους κατάσταση, σύμφωνα με μια δήλωση. Όταν συμβαίνει αυτό το μοτίβο, οι ταραγμένες και οι στρωματοειδείς ροές είναι ίσες σε ισχύ - χωρίς να κερδίζει η πλευρά του ρυμουλκού.
Αλλά αυτό το μοτίβο δεν φαίνεται πραγματικά σε φυσικά συστήματα, όπως η αναταραχή στον αέρα. Ο Schneider σημειώνει ότι ένα μοτίβο όπως αυτό θα ήταν στην πραγματικότητα "πολύ κακό" για το αεροπλάνο, επειδή θα έπρεπε να πετάξει μέσα από ένα ικρίωμα από ανώμαλα ταραχώδη και όχι ταραχώδη γραμμές.
Αντίθετα, ο κύριος στόχος αυτού του πειράματος ήταν η κατανόηση της θεμελιώδους φυσικής των υγρών σε ένα ελεγχόμενο περιβάλλον, είπε. Μόνο με την κατανόηση των πολύ απλών κινήσεων των υγρών μπορούμε να αρχίσουμε να κατανοούμε τα πιο πολύπλοκα συστήματα αναταράξεων που υπάρχουν παντού γύρω μας, από τη ροή του αέρα γύρω από τα αεροπλάνα στο εσωτερικό των αγωγών, πρόσθεσε.
Οι ερευνητές δημοσίευσαν τα ευρήματά τους στις 23 Μαΐου στο περιοδικό Nature Communications.
