کشفی شگفت انگیز که نگاه ما را به فیزیک تغییر می دهد

همه ما آشفتگی را با بی‌نظمی و عدم کنترل می‌شناسیم؛ از گردبادهای شدید تا جریان‌های آب در حال جوشیدن، آشوب بخشی جدایی‌ناپذیر از طبیعت است. اما اگر بگوییم که این بی‌نظمی می‌تواند تحت شرایطی نظم بگیرد، چه؟

زمین در زیر پای ما پدیده‌ای شگفت‌انگیز را در خود نهفته دارد: هسته‌ای که در میان مایعات مذاب می‌چرخد. دانشمندان سال‌هاست تلاش کرده‌اند تا چگونگی این چرخش را درک کنند، و حالا آزمایشی که از این پدیده الهام گرفته شده، به کشف جدیدی در علم فیزیک منجر شده است.

نگاهی تازه به آشفتگی‌های سیال

از قرن‌ها پیش، دانشمندان در تلاش بوده‌اند تا ماهیت آشفتگی‌های سیال را درک کنند. این پدیده که در رودخانه‌ها، ابرها و حتی درون زمین رخ می‌دهد، همیشه به عنوان یک معما در علم فیزیک باقی مانده است. اما حالا تیمی از محققان دانشگاه نیویورک با الهام از چرخش هسته داخلی زمین، آزمایشی طراحی کرده‌اند که نشان می‌دهد آشفتگی‌های سیال ممکن است نظمی پنهان داشته باشند. این کشف نه‌تنها درک ما از فیزیک را تغییر می‌دهد، بلکه می‌تواند در زمینه‌های مختلفی از مهندسی گرفته تا زمین‌شناسی، تأثیرگذار باشد.

راز هسته زمین، چگونه فیزیک را متحول کرد؟

تیمی از فیزیکدانان دانشگاه نیویورک با استفاده از یک محفظه استوانه‌ای پر از آب، آزمایشی طراحی کردند که جریان‌های آشفته را شبیه‌سازی کند. این محفظه از پایین گرم شد تا نوعی جریان همرفتی (Rayleigh–Bénard convection) ایجاد شود. اما نکته جالب اینجاست که آنها درون این محفظه یک صفحه مستطیلی را معلق قرار دادند که می‌توانست آزادانه حرکت کند.

نتایج این آزمایش حیرت‌انگیز بود. برخلاف تصور اولیه که انتظار می‌رفت آشفتگی باعث حرکت نامنظم این صفحه شود، دانشمندان متوجه شدند جریان‌های همرفتی باعث چرخش صفحه به صورت منظم و در دو جهت مختلف (ساعتگرد و پادساعتگرد) می‌شوند. حتی جالب‌تر اینکه این جهت چرخش می‌توانست در اثر آشفتگی ناگهانی تغییر کند.

وقتی آشوب، نظم پدید می‌آورد!

دکتر جون ژانگ، سرپرست این پژوهش، در توضیح این یافته می‌گوید: ما انتظار داشتیم آشفتگی باعث حرکت نامنظم شود، اما برعکس، سیستم به طرز شگفت‌انگیزی به یک الگوی منظم و قابل پیش‌بینی رسید. این یافته می‌تواند پیامدهای مهمی برای درک نحوه رفتار هسته زمین داشته باشد، جایی که بخش جامد در میان یک لایه مذاب چرخش می‌کند.

معنای این کشف برای علم و فناوری

این پژوهش نشان می‌دهد آشفتگی‌ها را می‌توان تا حدی کنترل کرد یا حتی به مسیر مشخصی هدایت نمود. این موضوع در زمینه‌های مختلفی کاربرد دارد:

درک بهتر از نحوه چرخش هسته زمین و تأثیر آن بر میدان مغناطیسی سیاره. مهندسی و هوافضا: کنترل جریان‌های توربولانسی در موتورهای جت و طراحی بهینه‌تر آنها و فیزیک و دینامیک سیالات: مطالعه رفتار مایعات و گازها در شرایط مختلف، از آزمایشگاه‌ها تا پدیده‌های طبیعی.

آیا می‌توان آشفتگی را کنترل کرد؟

این پژوهش نشان می‌دهد هرچند آشفتگی‌های سیال به نظر تصادفی و غیرقابل پیش‌بینی می‌رسند، اما در شرایط خاصی می‌توانند نظم پیدا کنند. این یافته نه‌تنها درک ما از فیزیک را عمیق‌تر می‌کند، بلکه شاید روزی بتواند به کنترل بهتر جریان‌های آشفته در محیط‌های صنعتی، جوی و حتی درون زمین کمک کند.

اما آیا این نخستین گام به سوی مهار آشوب است؟ این چیزی است که آینده علم به آن پاسخ خواهد داد.