Trong khi trật tự thường bị phá hủy để hỗn loạn, đôi khi điều ngược lại là đúng. Chất lỏng hỗn loạn, ví dụ, có xu hướng tự phát hình thành một mô hình gọn gàng: sọc song song.
Mặc dù các nhà vật lý đã quan sát hiện tượng này bằng thực nghiệm, nhưng giờ đây họ có thể giải thích tại sao điều này xảy ra bằng cách sử dụng các phương trình động lực học cơ bản, đưa họ đến gần hơn để hiểu tại sao các hạt hoạt động theo cách này.
Trong phòng thí nghiệm, khi một chất lỏng được đặt ở giữa hai tấm song song đang di chuyển ngược hướng nhau, dòng chảy của nó trở nên hỗn loạn. Nhưng sau một thời gian, sự hỗn loạn bắt đầu dịu đi trong một mô hình sọc. Kết quả là một bức tranh gồm các đường trơn tru và hỗn loạn chạy ở một góc với dòng chảy (hãy tưởng tượng những cơn sóng nhẹ tạo ra trong một dòng sông).
"Bạn có được cấu trúc và trật tự rõ ràng khỏi sự hỗn loạn của hỗn loạn", tác giả cao cấp Tobias Schneider, một giáo sư trợ lý tại trường kỹ thuật tại Viện Công nghệ Liên bang Thụy Sĩ Lausanne nói. Hành vi "kỳ lạ và rất mơ hồ" này đã "mê hoặc các nhà khoa học trong một thời gian dài."
Nhà vật lý Richard Feynman dự đoán rằng lời giải thích phải được ẩn giấu trong các phương trình cơ bản của động lực học chất lỏng, được gọi là phương trình Navier-Stokes.
Nhưng những phương trình này rất khó giải quyết và phân tích, Schneider nói với Live Science. (Cho thấy các phương trình Navier-Stokes thậm chí có một giải pháp trơn tru tại mọi điểm đối với chất lỏng 3D là một trong những vấn đề Giải thưởng Thiên niên kỷ trị giá 1 triệu đô la. Schneider và nhóm của ông đã sử dụng kết hợp các phương pháp, bao gồm mô phỏng máy tính và tính toán lý thuyết để tìm ra một "giải pháp rất đặc biệt" cho các phương trình mô tả toán học từng bước của quá trình chuyển đổi từ hỗn loạn sang trật tự.
Nói cách khác, họ đã phá vỡ hành vi hỗn loạn thành các khối xây dựng không hỗn loạn của nó và tìm giải pháp cho từng khối nhỏ. "Hành vi mà chúng tôi quan sát không phải là vật lý bí ẩn", Schneider nói. "Đó là bằng cách nào đó ẩn trong các phương trình tiêu chuẩn mô tả dòng chảy chất lỏng."
Mô hình này rất quan trọng để hiểu bởi vì nó cho thấy sự hỗn loạn và bình tĩnh, còn được gọi là "dòng chảy tầng", cạnh tranh với nhau để xác định trạng thái cuối cùng của nó, theo một tuyên bố. Khi mô hình này xảy ra, dòng chảy hỗn loạn và tầng có sức mạnh ngang nhau - không có bên nào giành chiến thắng trong cuộc chiến giằng co.
Nhưng mô hình này không thực sự được nhìn thấy trong các hệ thống tự nhiên, chẳng hạn như nhiễu loạn trong không khí. Schneider lưu ý rằng một mô hình như thế này thực sự sẽ "khá tệ" cho máy bay bởi vì nó sẽ phải bay qua một giàn giáo của những dòng hỗn loạn và không hỗn loạn.
Thay vào đó, mục tiêu chính của thí nghiệm này là tìm hiểu vật lý cơ bản của chất lỏng trong môi trường được kiểm soát, ông nói. Chỉ bằng cách hiểu các chuyển động rất đơn giản của chất lỏng, chúng ta mới có thể hiểu được các hệ thống nhiễu loạn phức tạp hơn tồn tại ở mọi nơi xung quanh chúng ta, từ luồng không khí xung quanh máy bay đến bên trong đường ống, ông nói thêm.
Các nhà nghiên cứu đã công bố phát hiện của họ vào ngày 23 tháng 5 trên tạp chí Nature Communications.
