Nors tvarka dažnai pereina į chaosą, kartais būna atvirkščiai. Turbulentiškas skystis, pavyzdžiui, turi tendenciją spontaniškai sudaryti tvarkingą modelį: lygiagrečias juosteles.
Nors fizikai šį reiškinį stebėjo eksperimentiškai, dabar jie gali paaiškinti, kodėl taip nutinka, naudodamiesi pagrindinėmis skysčių dinamikos lygtimis, priartindami juos prie žingsnio, kad suprastų, kodėl dalelės elgiasi tokiu būdu.
Laboratorijoje, kai skystis dedamas tarp dviejų lygiagrečių plokščių, kurios juda priešingomis kryptimis viena nuo kitos, jo srautas tampa neramus. Bet po truputį turbulencija pradeda išsilyginti juostele. Kokie rezultatai yra lygaus ir neramių linijų, einančių srauto kampu, drobė (įsivaizduokite, kad upėje yra nedidelių vėjo bangų).
„Iš chaotiško neramumų judesio jūs gaunate struktūrą ir aiškią tvarką“, - teigė vyresnysis autorius Tobiasas Schneideris, Šveicarijos federalinio technologijos instituto Lozanos inžinerijos mokyklos docentas. Toks „keistas ir labai neaiškus“ elgesys „sužavėjo mokslininkus ilgą, ilgą laiką“.
Fizikas Richardas Feynmanas numatė, kad paaiškinimas turi būti paslėptas pagrindinėse skysčių dinamikos lygtyse, vadinamose Navier-Stokes lygtimis.
Tačiau šias lygtis labai sunku išspręsti ir išanalizuoti, - Schneider pasakojo „Live Science“. (Tai, kad Navier-Stokes lygtys netgi turi sklandų sprendimą kiekviename 3D skysčio taške, yra viena iš 1 mln. USD vertės Tūkstantmečio premijos problemų.) Taigi iki šio momento niekas nežinojo, kaip lygtys numatė šį modelį formuojantį elgesį. Schneideris ir jo komanda naudojo metodų derinį, apimantį kompiuterinius modeliavimus ir teorinius skaičiavimus, kad rastų „labai specialių sprendimų“ rinkinį šioms lygtims, matematiškai apibūdinančioms kiekvieną perėjimo iš chaoso į tvarką žingsnį.
Kitaip tariant, jie išskaidė chaotišką elgesį į jo nehaotinius statybinius blokus ir rado sprendimus kiekvienam mažam gabalui. „Elgesys, kurį stebime, nėra paslaptinga fizika“, - teigė Schneideris. "Tai kažkaip paslėpta standartinėse lygtyse, apibūdinančiose skysčio tekėjimą".
Šį modelį svarbu suprasti, nes jis parodo, kaip neramūs ir ramūs, kitaip dar vadinami „sluoksniniu srautu“, konkuruoja tarpusavyje, norėdami nustatyti galutinę jo būseną, teigiama pranešime. Kai įvyksta šis modelis, turbulentiniai ir sluoksniniai srautai yra vienodo stiprumo - nė viena pusė negali laimėti karo vilkiko.
Tačiau natūralių sistemų, tokių kaip turbulencija ore, tokio modelio tikrai nėra. Schneideris pažymi, kad toks modelis iš tikrųjų būtų „gana blogas“ lėktuvui, nes jis turėtų skristi per nesunkių, o ne banguotų linijų pastolius.
Jis sakė, kad pagrindinis šio eksperimento tikslas buvo suprasti pagrindinę skysčių fizinę būklę kontroliuojamoje aplinkoje. Jis, supratęs labai paprastus skysčių judesius, gali pradėti suprasti sudėtingesnes neramumų sistemas, egzistuojančias visur aplink mus - nuo oro srauto aplink lėktuvus iki vamzdynų vidaus.
Tyrėjai savo išvadas paskelbė gegužės 23 d. Žurnale „Nature Communications“.
