ათწლეულების განმავლობაში მეცნიერები თვლიდნენ, რომ ტურბულენტობა ბუნებაში პროგნოზირებად ნიმუშს მიჰყვება. ოკეანეებსა და ატმოსფეროში, სადაც სამგანზომილებიანი გარემოა, ენერგია ყოველთვის დიდი სტრუქტურებიდან მცირე ზომის მორევებისკენ მიედინებოდა, ვიდრე საბოლოოდ არ გაქრებოდა. თუმცა, პიტსბურგის უნივერსიტეტის მკვლევარების ახალი აღმოჩენა ამ წესს ეჭვქვეშ აყენებს.

პიტსბურგის სვანსონის საინჟინრო სკოლის ასისტენტ-პროფესორმა ლეი ფანგმა და მისმა კოლეგებმა ტურინის უნივერსიტეტიდან აღმოაჩინეს, რომ ტურბულენტური ენერგიის ნაკადის მიმართულების მანიპულირება შესაძლებელია. კვლევა, რომელიც ჟურნალ Science Advances-ში გამოქვეყნდა, გვთავაზობს ახალ გეომეტრიულ ჩარჩოს, რომელიც ტენზორულ ანალიზს ეფუძნება.

რატომ არის ეს მნიშვნელოვანი?

ანდრეი კოლმოგოროვის 1941 წლის თეორიის მიხედვით, ენერგიის ნაკადი ფიქსირებულ გზას მიჰყვებოდა. ფანგმა ეს პროცესი ნავიე-სტოქსის განტოლებების საფუძველზე მექანიკურ პროცესად გადაიაზრა. მან გამოიყენა ტენზორები — მათემატიკური ობიექტები, რომლებიც დეფორმაციასა და სტრესს აღწერენ, რათა ენერგიის გადაცემის მიმართულება შეეცვალა.

ექსპერიმენტებმა, რომლებიც თხელ ფენად მოთავსებულ წყალზე ელექტრომაგნიტური ძალების გამოყენებით ჩატარდა, თეორია სრულად დაადასტურა. მკვლევარებმა შეძლეს ტურბულენტური ნაკადების მართვა ისე, რომ მათში ენერგია სასურველი მიმართულებით გადაცემულიყო.

პრაქტიკული გამოყენება მედიცინიდან კლიმატამდე

აღმოჩენას პრაქტიკული გამოყენების ფართო სპექტრი აქვს. მაგალითად, ოკეანეების სანაპირო ზოლში შესაძლებელი გახდება ჩამდინარე წყლებისა და დამაბინძურებლების გავრცელების უკეთ მართვა მცირე ფიზიკური ბარიერების გამოყენებით.

მედიცინაში, კერძოდ მიკროფლუიდურ სისტემებში, სადაც სითხის შერევა ტურბულენტობის არარსებობის გამო რთულია, ახალი მეთოდი საშუალებას მისცემს მკვლევარებს, გამოიწვიონ მცირე ტურბულენტობა და დააჩქარონ ქიმიური აგენტების შერევა. ეს ტექნოლოგია მნიშვნელოვანია ლაბორატორიულ ჩიპებზე ჩასატარებელი ანალიზებისთვის.

კლიმატის ცვლილების კონტექსტში, ეს კვლევა აუმჯობესებს ატმოსფერული და ოკეანური მიმოქცევის მოდელებს. ვინაიდან გლობალური დათბობა ცვლის ქარისა და დინებების ძალებს, ენერგიის ნაკადის მიმართულების გააზრება მეცნიერებს საშუალებას მისცემს, შექმნან უფრო ზუსტი პროგნოზები პლანეტის კლიმატური ცვლილებების შესახებ.