БЕСЛАН.РУ

Российские и британские исследователи создали экспериментальную установку, позволяющую наблюдать за формированием одиночных вихрей в квантовых жидкостях. Опыты с ней помогут ученым найти решения для уравнений, описывающих турбулентность, сообщила во вторник пресс-служба Ланкастерского университета."Разработанные нами приборы имеют массу применений, одно из которых заключается в том, что мы теперь можем воздействовать на частично захваченный вихрь и наблюдать за тем, как после этого будут меняться колебания его центральной части. Мы надеемся на то, что эти наблюдения расширят наши представления о природе турбулентности и помогут решить эти упрямые уравнения", - заявил научный сотрудник Ланкастерского университета (Великобритания) Сергей Кафанов, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Многие природные или общественные процессы, например, движение турбулентных потоков воздуха в атмосфере или флуктуации курса акций, нельзя описать, используя классические линейные закономерности и наборы уравнений. Все эти процессы, как выражаются математики, имеют хаотический или стохастический характер.
По этой причине у физиков пока нет четких представлений о том, как возникает турбулентность, почему работают частично описывающие ее наборы уравнений, которые были выведены Александром Колмогоровым в середине прошлого столетия, а также Джорджем Стоксом и Анри Навье в первой половине XIX века. Эти уравнения до сих пор не решены, и за разгадку их существования американский Институт Клэя готов заплатить миллион долларов в рамках проекта "Задачи тысячелетия". Кафанов и его коллеги предложили новый подход, который поможет найти решение для этой физической головоломки во время опытов со своеобразным квантовым симулятором турбулентности.
Генератор квантовых вихрей
Этот прибор представляет собой миниатюрное устройство, состоящее из множества узких каналов длиной в десятки микрометров и шириной в сотни нанометров. Каждый из них заполнен жидким гелием-4, охлажденным до температуры в 10 милликельвинов выше абсолютного нуля.
Глубина, толщина и другие свойства этих каналов были подобраны таким образом, что внутри них может возникнуть только одна квантовая воронка, чье поведение описывается схожим набором уравнений, как у реальных природных турбулентных вихрей. Как обнаружили российские и британские физики, появление подобной структуры внутри каналов заметным образом влияет на то, с какой частотой он вибрирует. Это позволяет очень точно и быстро отслеживать то, как меняются свойства вихрей после различных физических манипуляций, наблюдая аналогичные сдвиги в частоте вибраций каналов. Используя подобную методику, Кафанов и его коллеги собрали массу новых сведений о том, как возникают и распадаются квантовые вихри в толще жидкого гелия-4.
Анализ этих сведений, как надеются ученые, поможет понять, как рождаются самые небольшие компоненты атмосферных вихрей и течений в водах мирового океана, как они объединяются в более сложные структуры. В дополнение к этому в ближайшее время ученые планируют проследить за столкновениями и слияниями сразу нескольких воронок.
Результаты этих наблюдений, в свою очередь, помогут физикам найти решение для уравнений, описывающих турбулентные потоки. Это резко упростит их просчет во время решения различных практических задач, на что сейчас тратятся вычислительные ресурсы мощнейших суперкомпьютеров.

"ИТАР-ТАСС"