Atılım! İlk kanıt: 70 yıllık sıvı türbülansı teorisi
Avustralyalı bilim adamlarının yaptığı iki araştırma, ilk kez 70 yıllık bir türbülans teorisini kanıtladı. Bu çalışmalar, büyük girdapların iki boyutlu bir sıvı akışındaki türbülansla oluştuğuna dair çığır açan bir teoriyi doğruladı. İki boyutlu bir sıvı akışında, büyük girdaplar bariz kaotik küçük girdaplar tarafından oluşturulur. Yarı iletkenlerdeki elektronlardan sabun kabarcıklarının yüzeyine, siklon gibi atmosferik olaylara kadar, iki boyutta hapsolmuş sıvılar çeşitli sistemlerde gözlemlenebilir. Bu iki boyutlu akışta ortak bir gözlem özelliği, sıvının tipik bir türbülanslı akışın kaotik vorteks hareketinden başlamasıdır.
Örneğin, Jüpiter'in ünlü Büyük Kırmızı Lekesi büyük ölçekli bir girdap hareketi oluşturur. Türbülans çok zor bir sorundur. Akışkan hareketinin rastgeleliği ve kaosu iyi bilinir ve bunun için genel bir teorik açıklama yoktur (Kil Matematik Clay Matematik Enstitüsü (Clay Matematik Enstitüsü) türbülans teorisini önerenlere 1 milyon dolarlık bir bonus sağlıyor). Bununla birlikte, 1949'da Nobel ödüllü Lars Onsager tarafından ilk türbülanslı iki boyutlu akıştan büyük ölçekli girdapların oluşumunu açıklamak için önerilen basit bir teori var.
Onsager'ın iki boyutlu türbülanslı fiziksel görüntüsü çok çekici olsa da, özel bir sıvı türünü yalnızca niceliksel olarak tahmin edebilir: herhangi bir viskozite veya direnç olmadan akan ve yalnızca çok düşük sıcaklıklarda çalışabilen bir "süper sıvı". Şimdiye kadar, bu Unserger'ın teorisini test etmeyi zorlaştırdı.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)Yazar, Profesör Kris Helmerson şunları söyledi: Bu araştırma, daha özel olarak süperakışkanların ve süperiletkenlerin araştırılmasıyla ilgili, denge dışı fiziğin yeni ortaya çıkan araştırma alanıyla ilgili. Bu yeni araştırma yayınlandı. "Science" daki iki makalede:
Deneysel çalışmalardan biri Fleet Monash Üniversitesi tarafından yönetildi ve diğeri Queensland Üniversitesi EQUS / FLEET işbirliği projesi tarafından yönetildi. Çoğu insan bir girdap kavramına aşinadır: ister tanıdık bir kasırganın bükülmüş şekli olsun, isterse küvette oluşturulan basit bir girdap olsun, su deliğinden boşaltılır. Sıvı yüzeyler gibi dikey hareketi olmayan iki boyutlu sistemlerde veya siklonlar gibi atmosferik sistemlerde girdaplar da meydana gelebilir. Aslında, iki boyutlu girdaplar, nötron yıldızlarının yüzeyindeki nötronların süper akışkan hareketinden Atlantik Körfez Akıntısına kadar, yüksek sıcaklık süper iletkenlerindeki elektronların sıfır dirençli hareketine kadar geniş bir sistem yelpazesini kapsar.
Bu iki boyutlu girdap sisteminin 70 yıldır anlaşılmasına, Lars Onsager'ın teorisi hakimdir; bu, çalkantılı iki boyutlu bir sistemde, küçük girdapların kaotik karışımına daha fazla enerji verildiğinde, Zamanla, aynı yönde dönen girdaplar daha büyük, daha kararlı girdaplar oluşturmak için toplanacaklar - sistem daha düzensiz olacak, daha kaotik olmayacak. 1949'daki teorisinin matematiksel olarak ele alınmasını kolaylaştırmak için Onsager, nicelleştirilmiş bir girdaba (ölçülü açısal momentumlu girdap) sahip bir süperakışkan olarak değerlendirdi Bu konsept, Richard Feynman tarafından daha da geliştirildi.
Onsager teorisi, iki boyutlu bir türbülanslı akış sisteminin enerjisinin yüksek enerjili, uzun ömürlü, büyük ölçekli girdaplarda yoğunlaştığını açıklar. Bu alışılmadık bir denge durumudur.Enerjinin bir fonksiyonu olarak entropi azalır, bu da bizim "normal" termodinamik durum olarak düşündüğümüzün aksine. Monash liderliğindeki araştırma ekibi, belirli bir sıcaklık aralığında vorteks dağılımları üretti ve sonraki evrimlerini gözlemledi. Unserger'ın tanımladığı gibi, başlangıçta girdapların nispeten rastgele dağılımı düzenli hale gelir. Öte yandan, Queensland Üniversitesi araştırması, bu son derece düzenli yapının kararlılığını test ederek, zıt yönlerde akan iki büyük girdap kümesini doğrudan üretti.
Her iki çalışma da ultra düşük sıcaklıklarda var olan kuantum halleri olan Bose-Einstein yoğunlaşmalarını (BEC'ler) kullanarak deneyler yaptı.Bu durumda kuantum etkileri makroskopik ölçekte görülebilir. Araştırmacılar, rubidyum atomlarının yoğunlaşmasında türbülans oluşturmak için lazerler kullandılar ve ortaya çıkan girdapların zaman içindeki davranışını gözlemlediler. Bu iki çalışma, dengeden uzak, etkileşen kuantum sistemlerinin ortaya çıkan yapısı hakkında daha fazla araştırma için geniş beklentiler sağlar. İki araştırma sonucu 27 Haziran 2019'da Science'ta yayınlandı.
