Учените може би са разгадали 125-годишна физична загадка

Група математици от Чикагския и Мичиганския университет са постигнали исторически пробив, като са предложили математически модел, който може да обедини класическата механика с термодинамиката.

Това откритие вероятно ще помогне за решаването на един от 23-те проблема, формулирани от Дейвид Хилбърт през 1900 г.

Откритието им се доближава до човешкото разбиране за фундаменталните закони на природата и може да промени подходите за моделиране на сложни физични явления като времето или турбулентността, пише Канал 24, цитирайки университета на Западна Вирджиния.

Ю Денг от Чикагския университет заедно с колегите си Захер Хани и Сяо Ма от Мичиганския университет са разработили нов математически подход, който логически свързва движението на отделните частици, описано от законите на Нютон, с уравненията, описващи поведението на флуидите, и по-специално системата на Навие-Стокс.

Работата им се основава на кинетичното уравнение на Болцман, което отчита вероятността частиците да се движат с определени скорости.

Екипът разширил предишните идеи, по-специално частичното решение на Оскар Ланфорд, като показва, че уравнението на Болцман е валидно за много по-дълъг период от време, отколкото се смяташе досега.

Един от ключовите проблеми беше обяснението на хаотичните сблъсъци на частици в кратки времеви мащаби.

Учените са преодолели този проблем, като са използвали диаграмите на Файнман, за да проследят взаимодействията във времето без логически противоречия.

Математическият подход помага и за разрешаването на дългогодишен ребус, свързан с посоката на времето: в класическата механика времето е симетрично (можете да изчислите движение напред или назад), но в термодинамиката то се движи само в една посока.

Подходът им обяснява как тази едностранчивост възниква в резултат на правила, които не благоприятстват нито една посока.

По този начин изследователите обединяват три нива: сблъсъците на отделните частици, кинетичната картина и класическите модели на флуидите.

Този унифициран модел може да се превърне в основа за по-точно описание на физичните процеси в различни мащаби.

Представете си, че светът е съставен от милиарди малки частици, които се движат хаотично, но заедно създават нещо разбираемо. Това откритие обяснява как тези малки движения образуват големи, видими явления и ни помага да прогнозираме по-добре например времето или поведението на океаните.

Ролята на тази работа се състои в това, че тя създава математически мост между микрокосмоса (движението на отделните частици) и макрокосмоса (големи системи като течности или газове).

Това може да подобри моделите за прогнозиране на времето, изменението на климата, океанските течения и дори да помогне за проектирането на по-ефективни двигатели.

Той също така внася яснота в разбирането на турбулентността – сложно явление, което все още е загадка, но засяга авиацията, метеорологията и много други области.

Сега изследването очаква официална партньорска проверка.

Учените планират да разширят своите методи, като ги приложат към плазми, геофизични процеси и дори квантови системи.

Ако бъдат потвърдени, тези идеи биха могли да вдъхновят нови изследвания на сложни флуиди и да открият пътя към по-дълбоко разбиране на основните закони на природата.