Lai arī kārtība bieži notiek haosā, dažreiz ir taisnība. Turbulentam šķidrumam, piemēram, ir tendence spontāni veidot sakoptu rakstu: paralēlas svītras.
Lai arī fiziķi šo parādību bija novērojuši eksperimentāli, viņi tagad var izskaidrot, kāpēc tas notiek, izmantojot pamata šķidruma dinamikas vienādojumus, tuvinot viņus solim, lai saprastu, kāpēc daļiņas rīkojas šādā veidā.
Laboratorijā, kad šķidrums tiek ievietots starp divām paralēlām plāksnēm, kuras pārvietojas pretējā virzienā viena no otras, tās plūsma kļūst turbulenta. Bet pēc neilga laika turbulence sāk izlīdzināties ar svītrainu rakstu. Kā rezultāts ir gludu un turbulentu līniju audekls, kas virzās leņķī pret plūsmu (iedomājieties, ka upē ir nelieli vēja radītie viļņi).
"Jūs saņemat struktūru un skaidru kārtību no haotiskās turbulences kustības," sacīja vecākais autors Tobiass Šneiders, Šveices federālā tehnoloģiju institūta Lozannas inženierzinātņu skolas docents. Šī "dīvainā un ļoti neskaidrā" uzvedība ir "fascinējusi zinātniekus ilgu, ilgu laiku".
Fiziķis Ričards Feinmans paredzēja, ka izskaidrojums ir jāslēpj šķidruma dinamikas pamatvienādojumos, ko sauc par Navjē-Stoksa vienādojumiem.
Bet šos vienādojumus ir ļoti grūti atrisināt un analizēt, Schneider pastāstīja Live Science. (Tas, ka Navjē-Stoksa vienādojumos ir vienmērīgs risinājums katrā 3D šķidruma punktā, ir viena no tūkstošgades balvas miljoniem ASV dolāru problēmām.) Līdz šim brīdim neviens nezināja, kā vienādojumi paredzēja šo modeli veidojošo izturēšanos. Šneiders un viņa komanda izmantoja metožu kombināciju, ieskaitot datoru simulācijas un teorētiskos aprēķinus, lai atrastu "ļoti īpašu risinājumu" kopumu šiem vienādojumiem, kas matemātiski apraksta katru pārejas posmu no haosa uz kārtību.
Citiem vārdiem sakot, viņi sadalīja haotisko izturēšanos nehaotiskajos celtniecības blokos un atrada risinājumus katrai mazai daļai. "Uzvedība, ko mēs novērojam, nav noslēpumaina fizika," sacīja Šneiders. "Tas kaut kā ir paslēpts standarta vienādojumos, kas raksturo šķidruma plūsmu."
Šis modelis ir svarīgi saprast, jo tas parāda, kā nemierīgais un mierīgais, citādi pazīstams kā “laminārā plūsma”, konkurē savā starpā, lai noteiktu tā galīgo stāvokli, teikts paziņojumā. Kad rodas šis modelis, turbulentās un laminārās plūsmas ir vienādas stipruma - neviena no pusēm neuzvar kara vilkmi.
Bet dabiskajās sistēmās šo modeli īsti neredz, piemēram, turbulenci gaisā. Šneiders atzīmē, ka šāds modelis faktiski būtu "diezgan slikts" lidmašīnai, jo tam būtu jālidina pa nestabilu un ne turbulentu līniju sastatnēm.
Viņš sacīja, ka šī eksperimenta galvenais mērķis bija izprast šķidrumu pamatfiziku kontrolētā vidē. Tikai saprotot ļoti vienkāršos šķidrumu kustības, mēs varam sākt saprast sarežģītākās turbulences sistēmas, kas pastāv visur ap mums, sākot no gaisa plūsmas ap lidmašīnām un beidzot ar cauruļvadu iekšpusi, viņš piebilda.
Pētnieki savus atklājumus publicēja 23. maijā žurnālā Nature Communications.
