Международен екип математици, физици и инженериматематици и физици са решили хидродинамична задача от преди половин век, съобщи порталът Рhys.org.
Самотните вълни, наречени солитони са една от големите загадки на природата. За разлика от други вълни, придвижвайки се те запазват своята енергия и форма, без да се разсейват, както правят повечето други вълни. Солитоните се държат като частици (частици-вълни) - при взаимодействие една с друга или с други смущения те не се разрушават и продължават да се движат, запазвайки непокътната своята структура.
Изследването на солитоните е важно, защото такива са най-разнообразни вълни - от цунами - до нервни импулси.
На един проблем, свързан с тези загадъчни вълни, е посветена публикация в списание Physical Review Letters на екип от Университета на Ню Йорк в Бъфало. Теоретичните резултати учените са подкрепени с експерименти и видео.
Загадката датира от 1965 г., когато физиците Норман Забъски (Norman Zabusky) и Мартин Крускал (Martin Kruskal) излезе с изненадващо решение на уравнението на Кортеуег-де Врийс, което служи като математически модел за описване на нелинейни вълни в плитка вода.
С помощта на компютър Забъски и Крускал генерират приблизително решение на уравнението, което включва осем независими силитона. Всяка една от тези вълни запазва своята форма и скорост във времето и пространството - дори и след сблъсък с други такива вълни.
Крускал продължава да се опитва да намери по-точно решение на уравнението на Кортеуег-де Врийс, но изчисленията са сложни и обикновено се изисква използването на компютър, за да се извършат - това ограничава възможностите на учените да разберат явлението по това време.
Освен това, според Джино Бьондини (Gino Biondini), съавтор на доклада, оригиналният модел на вълната, който Забъски и Крускал, описват през 1965 г. никога не е бил напълно възпроизведен във физическия свят.
Нов подход към стар проблем
Бьондини и екипа му разработва математически подход, който извежда приблизително решение на уравнението, с което се бяха захванали Забъски и Крускал през 60-те. Новият подход позволява на изследователите да направят ясни, точни прогнози за това, колко солитони ще се появят в дадена обстановка, както и как тези вълни ще се различават по амплитуда и скорост.
"Известната работа от 60-те на Забъски и Крускал въведе теорията на солитоните", заяви Бьондини. "Но досега, нямаше просто обяснение за това, което те описват. Нашият метод дава пълно описание на решението, което те наблюдаваха, което означава, че най-накрая може да се получи по-добро разбиране на това, което се случва".
Реализиране на вълните
Докато Бьондини работи върху теоретичната страна на проблема, колегите му в Европа и Япония, поставят математическия му модел на изпитание в реални експерименти, като част от същото изследване.
Водени от италианските учени Мигел Онорато (Miguel Onorato) и Стефано Трильо (Stefano Trillo) от Университета на Торино и Университета на Ферара, съответно, екипът провежда експерименти в 110-метров резервоар за вода в Берлин с помощта на компютър с генератор на вълни. Моделите на вълната, които те произвеждат, съвпадат добре с предсказанията на Бьондини, като е включено и първоначалното решение за 8 солитона, описано от Забъски и Крускал. Трябва да се отбележи, че водните вълни започват да губят по малко от своята енергия след като изминат дълги разстояния и следователно са солитони само с известно приближение.
"Предишни експерименти бяха произведени части от известните резултатите от 1965 г., но, доколкото ми е известно, всички те са имали ограничения", казва Onorato. "Ние бяхме в състояние по-пълно да се генерират на разтвора, включително всичките осем солитони.
"Освен това ние узпяхме експериментално да генерираме друга функция, наблюдавана в мултисолитонните решения, а именно странното явление на рецидив, при което вълновата картина преминава от първоначалното си състояние до стъстояние с няколко солитона и обратно се връща в първоначалното си състояние. Това е равносилно да оставите куп деца в една стая да си играят, а като се върнете по-късно, да откриете, че в стаята се е върнала в своето първоначално подредено състояние след период на хаос".
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари