فیزیکدانان برای اولین بار یک پارادوکس ۸۰ ساله از مرموزترین شکل حرکت را حل کردند

نظریه آشفتگی کولموگروف واقعاً جهانی است

به گزارش مجله خبری نگار،دانشمندان موسسه علوم و فناوری اوکیناوا ثابت کرده‌اند که نظریه معروف تلاطم که توسط آندری کولموگروف ارائه شده است، برخلاف آنچه که دهه‌ها تصور می‌شد، واقعاً جهانی است. این مطالعه در مجله Science Advance منتشر شده است.

جریان‌های آشفته همه جا هستند: از ابر‌ها و جریان‌های اقیانوسی گرفته تا جریان قهوه در یک فنجان. رفتار آنها با معادلات ساده توصیف می‌شود، اما پیش‌بینی نحوه رفتار آنها بسیار دشوار است. برای فیزیکدانان، آشفتگی همچنان یکی از اسرارآمیزترین اشکال حرکت ماده است.

در سال ۱۹۴۱، کولموگروف یک مدل زیبا - آبشار انرژی - ارائه داد. برای مثال، وقتی آب را با قاشق هم می‌زنید، یک گرداب بزرگ ایجاد می‌شود که به گرداب‌های کوچک و کوچک‌تر تجزیه می‌شود تا زمانی که انرژی به گرما تبدیل شود. در فرمالیسم او، انرژی باید طبق یک قانون جهانی - "-۵/۳" - توزیع شود که تقریباً در همه جریان‌های آشفته مشاهده می‌شود.

با این حال، یک استثنا برای دهه‌ها فیزیکدانان را به خود مشغول کرده بود: جریان‌های تیلور-کوئت، که بین دو استوانه چرخان ایجاد می‌شوند. این سیستم‌ها که در شرایط آزمایشگاهی ساده بودند، به نحوی از قانون جهانی کولموگروف پیروی نمی‌کردند.

اکنون، پس از نه سال کار بر روی یک آزمایش منحصر‌به‌فرد، محققان ثابت کرده‌اند که کولموگروف در اینجا نیز درست می‌گفته است.

پروفسور پیناکی چاکرابورتی، رهبر این مطالعه، خاطرنشان کرد: «این تناقض برای همه کسانی که در هیدرودینامیک دخیل بودند، آشکار بود. اکنون این مشکل برطرف شده است و دستگاه ما معیار جدیدی برای تحقیقات تلاطم تعیین می‌کند.»

دستگاه ایجاد شده امکان چرخش استوانه‌ها با سرعت هزاران دور در دقیقه و اندازه‌گیری کوچکترین گرداب‌ها در مایع را در مقادیر بسیار بالای عدد رینولدز - که نشان‌دهنده ماهیت «آشوبناک» جریان است - فراهم می‌کند.

خولیو باروس، نویسنده‌ی اصلی مقاله، توضیح داد: «هنگام تحلیل انرژی گرداب به روش سنتی، قانون کولموگروف واقعاً کار نمی‌کند. اما وقتی تأثیر کوچکترین گرداب‌ها را که در آنها انرژی از قبل به گرما تبدیل شده است، در نظر گرفتیم و داده‌ها را با استفاده از فرمول‌بندی توسعه‌یافته‌ی کولموگروف دوباره محاسبه کردیم، همه چیز کاملاً مطابقت داشت. جهان‌شمولی بازیابی شد.»

این کشف یکی از قدیمی‌ترین جنجال‌ها در نظریه آشفتگی را حل می‌کند و امکانات جدیدی را برای مطالعه جریان‌های پیچیده - از آب و هوا و اقیانوس‌ها گرفته تا فرآیند‌های موجود در دیسک‌های پیش‌سیاره‌ای - فراهم می‌کند.

لینک کپی شد

اشتراک‌ گذاری