Iako se poredak često prelazi u kaos, ponekad je točno obrnuto. Na primjer, turbulentna tekućina ima tendenciju da spontano oblikuje uredan uzorak: paralelne pruge.
Iako su fizičari eksperimentalno promatrali ovaj fenomen, oni sada mogu objasniti zašto se to događa primjenom temeljnih jednadžbi dinamike fluida, čime su korak bliže razumijevanju zašto se čestice ponašaju na taj način.
U laboratoriju, kada se tekućina stavi između dvije paralelne ploče koje se kreću u suprotnim smjerovima jedna od druge, njen protok postaje turbulentan. Ali nakon nekog vremena, turbulencija se počinje izglađivati prugastim uzorkom. Rezultat je platno glatkih i turbulentnih linija koje vode pod kutom prema toku (zamislite lagane vjetrove stvorene u rijeci).
"Iz haotičnog pokreta turbulencije dobivate strukturu i jasan red", rekao je viši autor Tobias Schneider, docent u tehničkoj školi švicarskog Federalnog tehnološkog instituta u Lozani. Ovo "nekako čudno i vrlo nejasno" ponašanje "dugo je dugo fasciniralo znanstvenike".
Fizičar Richard Feynman predvidio je da se objašnjenje mora skrivati u temeljnim jednadžbama dinamike fluida, nazvanim Navier-Stokesovim jednadžbama.
Ali te je jednadžbe vrlo teško riješiti i analizirati, rekao je Schneider za Live Science. (Pokazivanje da Navier-Stokesove jednadžbe čak i glatko rješavaju u svakom trenutku za 3D tekućinu jedan je od problema s tisućljećnom nagradom od milijun dolara.) Do ovog trenutka nitko nije znao kako jednadžbe predviđaju ova ponašanja koja se tvore uzoraka. Schneider i njegov tim koristili su kombinaciju metoda, uključujući računalne simulacije i teorijske proračune, kako bi pronašli skup "vrlo posebnih rješenja" za ove jednadžbe koji matematički opisuju svaki korak prijelaza iz kaosa u red.
Drugim riječima, razdvojili su kaotično ponašanje u njegove ne-kaotične građevne blokove i pronašli rješenja za svaki mali komad. "Ponašanje koje opažamo nije tajanstvena fizika", rekao je Schneider. "To je nekako skriveno u standardnim jednadžbama koje opisuju protok tekućine."
Ovaj je obrazac važan za razumijevanje, jer pokazuje kako se turbulentni i smireni, inače poznati kao "laminarni tok", natječu jedni s drugima kako bi odredili njegovo konačno stanje, navodi se u priopćenju. Kad se pojavi ovaj obrazac, turbulentni i laminarni tokovi su jednaki po snazi - bez ijedne strane koja pobjeđuje u tegljaču.
Ali ovaj se obrazac zapravo ne primjećuje u prirodnim sustavima, poput turbulencija u zraku. Schneider napominje da bi takav obrazac zapravo bio "prilično loš" za avion, jer bi morao letjeti skelom od naglih turbulentnih, a ne turbulentnih linija.
Umjesto toga, glavni cilj ovog eksperimenta bio je razumjeti osnovnu fiziku fluida u kontroliranom okruženju, rekao je. Tek razumijevanjem vrlo jednostavnih pokreta fluida možemo početi razumijevati složenije sustave turbulencija koji postoje svugdje oko nas, od protoka zraka oko aviona do unutrašnjosti cjevovoda, dodao je.
Istraživači su svoja otkrića objavili 23. svibnja u časopisu Nature Communications.
