Novo naučno otkriće moglo bi promijeniti način na koji razumijemo jedan od najsloženijih fenomena u prirodi, turbulenciju. Istraživači su uspjeli preokrenuti tok energije u turbulentnim sistemima, dovodeći u pitanje teoriju koja je više od osam decenija smatrana temeljnim pravilom fizike fluida.
Ovo otkriće moglo bi imati značajne posljedice za upravljanje okeanskim strujama, razvoj medicinskih tehnologija i unapređenje klimatskih modela.
Šta je turbulencija?
Turbulencija je pojava koju svakodnevno možemo vidjeti u okeanskim talasima, riječnim tokovima ili strujanju zraka. Tokom tog procesa veliki vrtlozi stvaraju manje vrtloge, koji se zatim dijele na još sitnije, dok se energija postepeno ne rasprši.
Naučnici su decenijama vjerovali da u trodimenzionalnim sistemima, poput okeana i atmosfere, energija uvijek prelazi s većih struktura na manje. Smatralo se da je to jedno od osnovnih pravila turbulencije.
Pravac energije ipak se može promijeniti
Tim istraživača sa Univerziteta u Pittsburghu i Univerziteta u Torinu pokazao je da tok energije nije nužno unaprijed određen.
Koristeći matematičke modele zasnovane na Navier–Stokesovim jednačinama, naučnici su uspjeli promijeniti geometrijski odnos između sila i kretanja fluida te na taj način preokrenuti smjer kretanja energije.
„Pokazali smo da možemo proizvesti turbulentne tokove u kojima energija teče i uobičajenim i obrnutim smjerom“, navode autori istraživanja.
Eksperiment potvrdio teoriju
Kako bi provjerili svoje proračune, istraživači su proveli laboratorijske eksperimente koristeći tanki sloj vode pokretan elektromagnetnim silama.
Posebno postavljeni magneti stvarali su dvodimenzionalni tok, dok su dodatne prepreke namjerno remetile njegovo kretanje. Rezultati su se gotovo potpuno podudarali s kompjuterskim simulacijama i potvrdili novi teorijski model.
Primjena od okeana do medicine
Mogućnost usmjeravanja turbulentne energije mogla bi imati brojne praktične koristi.
Naučnici smatraju da bi se pomoću relativno malih fizičkih prepreka mogle mijenjati velike okeanske struje i transportne barijere, što bi pomoglo u kontroli širenja otpadnih voda i drugih zagađivača uz obalu.
Otkriće bi moglo biti korisno i u medicini, posebno u mikrofluidnim sistemima gdje se tečnosti kreću kroz izuzetno male kanale.
U takvim uslovima miješanje tečnosti često je otežano zbog nedostatka turbulencije. Novi pristup mogao bi omogućiti stvaranje kontrolisane „mikroturbulencije“ koja bi poboljšala miješanje lijekova i drugih supstanci.
Važno i za klimatske prognoze
Rezultati istraživanja mogli bi unaprijediti i klimatske modele.
Okeanske struje i atmosferska cirkulacija igraju ključnu ulogu u regulaciji globalne klime. Kako klimatske promjene mijenjaju ponašanje okeana i vjetrova, bolje razumijevanje načina na koji energija putuje kroz turbulentne sisteme moglo bi dovesti do preciznijih prognoza budućih klimatskih promjena.
Novo poglavlje u fizici fluida
Iako su potrebna dodatna istraživanja, nova studija pokazuje da jedno od najdugovječnijih pravila teorije turbulencije možda nije toliko nepromjenjivo kako se ranije vjerovalo.
Umjesto da energija uvijek slijedi unaprijed određene puteve, naučnici sada vjeruju da se pod određenim uslovima njen tok može usmjeravati i kontrolisati.