Это приближает нас, как человечество, к пониманию фундаментальных законов природы и может изменить подходы к моделированию сложных физических явлений, таких как погода или турбулентность, информирует 24 Канал со ссылкой на Университет Западной Вирджинии.
Смотрите также Ученые открыли загадку исчезнувшей материи Вселенной
Что открыли ученые и как это было сделано
Юй Дэнг из Университета Чикаго вместе с коллегами Захером Хани и Сяо Ма из Университета Мичигана разработали новый математический подход, который логически связывает движение отдельных частиц, описанный законами Ньютона, с уравнениями, характеризующих поведение жидкостей, в частности системой Навье-Стокса.
Их работа опирается на кинетическое уравнение Больцмана, которое учитывает вероятность движения частиц с определенными скоростями. Команда расширила предыдущие идеи, в частности частичное решение Оскара Ланфорда, показав, что уравнение Больцмана действует значительно дольше, чем считалось ранее.
Одной из ключевых проблем было объяснение хаотических столкновений частиц на коротких временных масштабах. Ученые преодолели это, используя диаграммы Фейнмана для отслеживания взаимодействий во времени без логических противоречий.
Это также помогло решить давнюю загадку о направлении времени: в классической механике время симметрично (можно вычислять движение вперед или назад), но в термодинамике оно движется только в одном направлении. Их подход объясняет, как эта односторонность возникает из правил, не отдающих предпочтение ни одному направлению.
Таким образом, исследователи объединили три уровня: индивидуальные столкновения частиц, кинетическую картину и классические модели жидкостей. Эта унифицированная модель может стать основой для более точного описания физических процессов на разных масштабах.
Интересно! С препринтом научной статьи можно ознакомиться на arXiv.
Почему это важно
Представьте, что мир состоит из миллиардов крошечных частиц, которые движутся хаотично, но вместе создают что-то понятное, например поток воды в реке или ветер, что дует вам в лицо. Это открытие объясняет, как эти мелкие движения формируют большие, видимые явления, и помогает нам лучше предсказывать, например, погоду или поведение океанов.
Роль этой работы заключается в том, что она создает математический мост между микромиром (движением отдельных частиц) и макромиром (большими системами, как жидкости или газы). Это может улучшить модели прогнозирования погоды, климатических изменений, океанских течений и даже помочь в проектировании более эффективных двигателей.
Кроме того, она добавляет ясности в понимание турбулентности – сложного явления, которое до сих пор остается загадкой, но влияет на авиацию, метеорологию и многие другие сферы.
Что дальше
Сейчас результаты исследования ждут официального рецензирования. Ученые планируют расширить свои методы, применив их к плазме, геофизических процессов и даже квантовых систем. Если эти идеи подтвердятся, они могут вдохновить на новые исследования сложных жидкостей и открыть путь к более глубокому пониманию фундаментальных законов природы.