Fizikçiler türbülansta enerjinin aktığı yönü tersine çevirdi, 80 yıllık bir kuralı esnetti

Girdaplı, ince bir su tabakasında fizikçiler enerjiyi ters yöne akıttı. Gitgide küçülen girdaplara doğru inmek ya da gitgide büyüyenlere doğru çıkmak yerine, akış araştırmacıların seçtiğini yaptı; bu, onu karıştıran kuvvetleri nasıl dizdiklerine bağlıydı. Sonuç, akışkanlar fiziğini seksen yılı aşkın süredir biçimlendiren bir varsayıma meydan okuyor.

Seksen yılı aşkın süredir türbülansın geçerli tablosu tek yönlü bir çağlayan. Bir ırmağın ya da açık denizin üç boyutlu akışlarında enerjinin büyük girdaplardan küçüklere doğru düzenli biçimde indiği, orada sonunda ısı olarak dağıldığı düşünülüyordu. İnce, neredeyse iki boyutlu katmanlarda ise çağlayanın tersine döndüğüne, küçük girdapların büyükleri beslediğine inanılıyordu. Her hâlükârda yön, akışkanın içinde yaşadığı uzayın geometrisiyle sabitlenmiş görünüyordu.

Yeni çalışma o yönü, akışın boyutlarından koparıyor. Yönü belirleyen şeyin, akışkanın her noktasındaki iki büyüklüğün hizalanması olduğunu buldular: onu sıkıştıran gerilme ile buna yanıt olarak uğradığı şekil değişimi. Kuvvet ile yer değiştirme arasındaki açıyı ayarlayın; enerji ölçek merdiveninde yukarı ya da aşağı itilebilir. Kabın biçimi artık bir kader olmaktan çıkar.

Bunu göstermek için ekip, sığ bir elektrik ileten sıvı tabakasını manyetik kuvvetlerle sürdü, üzerine izleyici parçacıklar serpti ve bunların nasıl hareket ettiğini filme aldı. Zorlama desenini yeniden biçimlendirerek aynı düzenekte hem ileri enerji aktarımlı hem de ters aktarımlı akışlar üretti. Aynı kurulumun bilgisayar benzetimleri bu geçişi yeniden üretti; şaşırtıcı bir görüntüyü bir ölçüme dönüştüren türden bir uyum.

Çağlayanı denetlemenin pratik bir menzili var. Enerjinin bir akışkanda aktığı yön, içinde maddelerin nasıl yayıldığını yönetir; dolayısıyla onu yönlendirmek, bir kıyının atık su tüyünü nasıl dağıttığını, mikroakışkan bir çipin bir tıbbi test için minik hacimleri nasıl karıştırdığını ya da enerjinin, iklim modellerinin yakalamaya çalıştığı katmanlı akışlarda nasıl hareket ettiğini değiştirebilir.

Gösterim, bir fırtınanın ya da derin bir akıntının dağınık, üç boyutlu türbülansında değil, özenle denetlenen, esasen iki boyutlu bir sistemde yaşıyor. Yön üzerindeki aynı denetimin tümüyle üç boyutlu, yüksek enerjili akışlarda da geçerli kalıp kalmadığı açık bir soru; bir laboratuvar tepsisinden okyanusa sıçramaksa büyük. İlke artık yerleşti; menzili ise değil.

Araştırma, Pittsburgh Üniversitesi öncülüğünde, Torino Üniversitesi iş birliğiyle yürütüldü ve Science Advances dergisinde yayımlandı. Grubun bir sonraki adımı, akışlar kalınlaştıkça ve enerji kazandıkça tensör hizalamasıyla denetimin ne kadar uzağa eriştiğini sınamak; gerçek türbülansın çoğunun asıl yaşadığı rejim de budur.

Etiketler: physics