בעוד שהסדר מתעתד לעיתים קרובות לכאוס, לפעמים ההפך הוא הנכון. לנוזל הסוער, למשל, יש נטייה ליצור בצורה ספונטנית תבנית מסודרת: פסים מקבילים.
אף על פי שהפיזיקאים צפו בתופעה זו באופן ניסיוני, הם יכולים כעת להסביר מדוע זה קורה באמצעות משוואות דינמיקת נוזלים בסיסיות, ומביא אותם צעד קרוב יותר להבנה מדוע חלקיקים מתנהגים בצורה זו.
במעבדה, כשמניחים נוזלים בין שתי לוחות מקבילים שנעים בכיוונים מנוגדים זה לזה, זרימתו הופכת לסוערת. אבל לאחר זמן מה, הסערה מתחילה להחליק בתבנית פסים. מה שהתוצאות הוא בד של קווים חלקים וסוערים הפועלים בזווית לזרימה (דמיינו גלים קלים שנוצרו על ידי הרוח בנהר).
"אתה מקבל מבנה וסדר ברור מתוך התנועה הכאוטית של סערה," אמר הסופר הבכיר טוביאס שניידר, פרופסור בבית הספר להנדסה במכון הטכנולוגי הפדרלי של שוויץ לוזאן. התנהגות "סוג מוזר ומאוד מעורפל" זו "ריתקה את המדענים במשך זמן רב וממושך."
הפיזיקאי ריצ'רד פיינמן חזה כי יש להסתיר את ההסבר במשוואות יסודיות של דינמיקת הנוזלים, המכונות משוואות נווייר-סטוקס.
אבל המשוואות הללו קשה מאוד לפתור ולנתח, אמר שניידר ל- Live Science. (ההוכחה שלמשוואות Navier-Stokes יש אפילו פיתרון חלק בכל נקודה עבור נוזל תלת-ממדי היא אחת הבעיות בפרס המילניום של מיליון דולר.) עד שעד כה נקודה, איש לא ידע כיצד המשוואות ניבאו התנהגויות יצירת דפוס זו. שניידר וצוותו השתמשו בשילוב של שיטות, כולל הדמיות ממוחשבות וחישובים תיאורטיים בכדי למצוא קבוצה של "פתרונות מאוד מיוחדים" למשוואות אלה המתארות באופן מתמטי כל שלב במעבר מכאוס לסדר.
במילים אחרות, הם פירקו את ההתנהגות הכאוטית לאבני הבניין הלא-כאוטיות שלהם ומצאו פתרונות לכל נתח קטן. "ההתנהגות שאנו צופים בה אינה פיזיקה מסתורית," אמר שניידר. "איכשהו זה מוסתר במשוואות סטנדרטיות שמתארות את זרימת הנוזל."
חשוב להבין את התבנית הזו מכיוון שהיא מראה כיצד הסוערים והרגועים, המכונים "זרם למינרי", מתחרים זה בזה בכדי לקבוע את מצבו הסופי, על פי הצהרה. כאשר דפוס זה מתרחש, הזרמים הסוערים והמלמינריים שווים בעוצמתם - ללא שום צד שניצח את משיכת המלחמה.
אבל דפוס זה לא ממש נראה במערכות טבעיות, כמו סערה באוויר. שניידר מציין כי דפוס כזה למעשה "יהיה די גרוע" למטוס מכיוון שהוא יצטרך לעוף דרך פיגום של קווים סוערים ולא מהממים.
במקום זאת, המטרה העיקרית של ניסוי זה הייתה להבין את הפיזיקה הבסיסית של נוזלים בסביבה מבוקרת, אמר. רק על ידי הבנת התנועות הפשוטות ביותר של נוזלים, נוכל להתחיל להבין את מערכות הסערה המורכבות יותר הקיימות בכל מקום סביבנו, מזרימת האוויר סביב מטוסים וכלה בפנים צינורות, הוסיף.
החוקרים פרסמו את ממצאיהם ב -23 במאי בכתב העת Nature Communications.
