Физики опровергли теорию турбулентности

Физики опровергли теорию турбулентности

В 1941 году русский физик Андрей Колмогоров разработал теорию турбулентности, которая служила в качестве основного фундамента для нашего понимания этого важного природного явления. Турбулентность возникает, когда поток жидкости характеризуется хаотическими физическими изменениями. Теория Колмогорова подразумевает, что переходы от одного состояния турбулентности к другому должны быть плавными.

Однако, новый эксперимент, проведенный физиками Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, опровергает такую интерпретацию теории Колмогорова. «В нашей работе мы предлагаем экспериментальные доказательства, что эти переходы действительно острые, — сказал Гюнтер Алерс, профессор физики. – Полученные данные показали нам, что интерпретация Колмогорова была неверной. Для физики это очень важный шаг вперед». Aлерс и его коллеги Пинг Вэй и Стефан Вайс изучают турбулентную конвекцию, которая играет важную роль во многих природных и техногенных процессах. Результатом турбулентной конвекции является нагревание жидкости снизу и охлаждение ее сверху. Когда перепад температур увеличивается, конвективный поток становится настолько сильным, что поле скоростей становится турбулентным.

Используя цилиндрическую вращающуюся систему, построенную командой Алерса, исследователи нагрели жидкость в нижней части так, что она расширилась и стала менее плотной, чем жидкость в верхней части. Сила тяжести заставила жидкости поменяться местами друг с другом, что в свою очередь создало турбулентность. Тогда ученые добавили вращение. «При вращении возникают новые силы, в том числе силы Кориолиса, которые раскручивают жидкость в маленькие вихри или торнадо», — объяснил Алерс. «Таким образом, система полна маленьких торнадо возле нагревательной пластины, а также вверху, только там они холодные, — добавил он. – Сначала эти смерчи не связаны, потому что они являются относительно короткими. Но по мере увеличения скорости вращения цилиндра торнадо расширяются и в конечном итоге формируют воронки над всей этой системой. Когда это происходит, физики говорят, что изменяется симметрия системы». Следующим шагом для Алерса и его команды было измерить транспорт тепла -обмен тепловой энергией, который выражается числом Нуссельта. Вильгельм Нуссельт был немецким инженером, который в начале 1900-х годов измерил перенос тепла через двойные стекла окон. «Если вы посмотрите на числа Нуссельта, то заметите там разрывы, которые указывают, что с увеличением скорости вращения перенос тепла меняется не плавно, — сказал Алерс. — Кстати, Лев Ландау сказал об этом уже давным-давно. Несмотря на то, что Ландау говорил не о турбулентных системах, его аргументы могут быть непосредственно перенесены на состоянии турбулентности». Алерс имел в виду другого российского физика и лауреата Нобелевской премии, который предположил, что, когда симметрия системы изменяется, изменения должны быть резкими.

Они не могут быть плавными, потому что система имеет только два состояния: неупорядоченное или упорядоченное, и нет ничего между ними. «Беда в том, что изучая турбулентность, ученые не думали о словах Ландау, потому что он был специалистом в совершенно другой области, — добавил Aлерс. — Но я работал в области критических явлений в течение многих лет, и хорошо знаю работу Ландау». В работе исследователи использовали длинные ряды кучевых облаков, ориентированных параллельно направлению ветра, в качестве примера естественной турбулентной конвекции.

Newsland.ru

Похожие новости:
Крупнейшая научная премия досталась выходцу из России
Крупнейшая в мире научная премия - премия Мильнера или Fundamental Physics Prize (FPP) - досталась сотруднику Принстонского университета Александру Полякову, который является выходцем из России, передает в четверг «Лента.ру». Размер премии составляет 3 млн долларов. Она досталась Полякову за работы в области ..
2013-03-21 2172 1 Научные открытия
0
Темную энергию связали с началом коллапса Вселенной
Физики из Калифорнийского университета в Дэвисе и Ноттингемского университета предложили модификацию общей теории относительности (ОТО) Эйнштейна, следствием которой является коллапс Вселенной в будущем, а также описали механизм этого процесса. Результаты своих исследований авторы опубликовали в двух ..
2015-04-02 4180 0 Научные открытия
-2
Абелевскую премию дали за работы по гипотезам Вейля
Абелевскую премию 2013 года получил Пьер Делинь. Об этом сообщается на сайте премии, где шла прямая трансляция церемонии. Делинь получил награду за "революционный вклад в алгебраическую геометрию, который трансформировал теорию представлении, теорию чисел и многие смежные области". ..
2013-03-20 1306 0 Научные открытия
0
Теорию струн и петлевую квантовую гравитацию предложили объединить
Физик-теоретик Сабина Хоссенфельдер из Стокгольма посчитала двух альтернативных претендентов на «теорию всего» (теорию струн и петлевую квантовую гравитацию) сторонами одной медали. По ее мнению, в настоящее время петлевая квантовая гравитация достигла большого прогресса. Об этом ученый рассказала ..
2016-01-15 1832 0 Научные открытия
0
Физики создали новую теорию времени
Физики предположили, что минимально возможный в физической Вселенной масштаб времени на несколько порядков больше планковского времени. Более того, существование такого масштаба меняет фундаментальные уравнения квантовой механики, а вместе с этим — и представления о природе времени. Авторы настаивают ..
2016-02-04 3106 0 Научные открытия
1
Ученые укрепят магнитный щит Земли
В Лос-Аламосской национальной лаборатории на суперкомпьютере Cray XT5 Jaguar проводят самое масштабное в истории науки моделирование столкновения солнечной плазмы с магнитосферой Земли. Мощная турбулентность, вызванная ударом магнитной плазмы, может нанести огромный ущерб мировой экономике и привести к гибели ..
2012-02-19 2160 0 Научные открытия
0
Обнаружены первые следы Новой физики
Только представьте: вы открываете поваренную книгу и находите рецепт шоколадного торта. В нём описаны все тонкости приготовления десерта, вплоть до того, сколько крупиц соли и сахара следует добавить для получения идеального результата. Но минуточку — в графе "ингредиенты" ни слова не сказано ..
2013-08-5 1820 0 Научные открытия
0
Физики нашли бозон Хиггса
Физики установили факт существования бозона Хиггса - недостающего элемента в цепочке объяснения мироздания, сообщает РИА Новости. По данным агентства, в блогах ученых об этом говорится как о свершившемся факте, участник исследований, сотрудник НИИ ядерной физики МГУ Эдуард Боос сказал, что после ..
2012-06-19 2859 2 Научные открытия
1
Японские физики теоретически обосновали телепортацию
Три японских физика из Университета Тохоку предсказали возможность передачи энергии на большие расстояния по средствам экзотической квантовой телепортации, пишет Phys.org. Квантовая телепортация позволяет двум изначально связанным частицам обмениваться информацией каким-то необъяснимым пока образом вне зависимости ..
2014-01-29 2367 2 Научные открытия
0
В ЦЕРН открыта новая частица
Физики из Цюрихского университета обнаружили с помощью Большого адронного коллайдера (БАК) ранее неизвестную частицу, состоящую из трех кварков. Ими был обнаружен новый барион, известный как Xi_b^*. Это открытие подтверждает фундаментальные физические допущения относительно взаимодействия барионов. В физике частиц, ..
2012-05-2 1671 1 Научные открытия
0
Американские физики научились получать небывалую температуру
Американские физики попали в Книгу рекордов Гиннесса. Во время эксперимента им удалось получить вещество, разогретое до 4 триллионов градусов Цельсия — это в 250 тысяч раз больше, чем температура в центре Солнца! Учёные сталкивали в коллайдере разогнанные почти до скорости света ядра атомов золота. ..
2012-06-26 3254 0 Научные открытия
1
Найден способ проверить теорию петлевой квантовой гравитации
Петлевая квантовая гравитация может решить одну из самых крупных проблем физики: примирить между собой общую теорию относительности и квантовую механику. Но подобно другим умозрительным теориям квантовой гравитации, петлевая квантовая гравитация еще не была проверена экспериментально. ..
2012-01-16 3163 0 Научные открытия
0
Ученые впервые получили металлический водород
Ученым из Германии и США удалось сжать до состояния металла жидкий дейтерий (изотоп водорода). Это новый шаг на пути к созданию твердого металлического водорода, сообщается в журналеScience. В 1935 году Хиллард Хантингтон и Юджин Вигнер выдвинули теорию, по которой для получения металлического водорода ..
2015-07-01 6992 0 Научные открытия
0
Физик починил причинно-следственные связи в гравитации
Российский физик из Физического института имени Лебедева Андрей Барвинский, по его собственным словам, сумел решить вопрос о нарушении причинности в нелокальной теории гравитации. Препринт статьи Барвинскогоопубликован на сайте arXiv.org, а его краткое изложение с пояснениями автораприводит ФИАН-информ. В 90-х годах ..
2013-01-29 1781 1 Научные открытия
0
Физики обнаружили фазовые переходы в динамике рейтингов
Физики составили статистическую теорию, позволяющую аналитически описать разницу между динамикой разнообразных рейтингов - частоты употребления слов, цитирования научных статей или популярности хештегов в микроблогах. Работа опубликована в журнале Physical Review Letters, а ее краткое описание приведено на сайте ..
2012-09-19 1027 0 Научные открытия
0