Što zajedničko može biti kvantnom fizičaru, geologu i matematičaru? Naravno, želja da se riješi zagonetka svemira! Znanstvenici su otkrili da će promatranje ponašanja Zemljinih oceana pomoći istražiti čak i daleke kutke galaksije.
Kao što svi znamo, znanost je puna iznenađenja, a ponekad se pojave i pojave i pojmovi koji na prvi pogled nemaju ništa zajedničko. Čini se da je veza između određene vrste oceanskih valova koji upravljaju klimatskim ciklusom El Niño i kvantnim materijalima čija je karakteristika njihova sposobnost provođenja struje samo na površini? Međutim, fizičari nas uvjeravaju da se obje ove pojave mogu objasniti istim matematičkim principima.
Kako kvantna fizika utječe na svjetsko vrijeme
Brad Marston, fizičar sa Sveučilišta Brown i glavni autor nove studije, pokušao je dokazati vrlo zanimljivu teoriju. Prema njegovom mišljenju, upotreba topoloških principa može objasniti i fenomen da oceanski i atmosferski valovi na ekvatoru upadaju u svojevrsnu "zamku" i činjenicu da je fizika kondenzirane materije (ogromna grana fizike koja proučava ponašanje složenih sustava i tvrdi da je evolucija sustav u cjelini ne može biti „podijeljen“u evoluciji njegovih pojedinih dijelova) može biti podjednako koristan i za Zemlju i za objašnjenje pojava na drugim planetima i mjesecima. Jednostavno rečeno: glavni cilj rada je dokazati da su načela kvantne fizike podjednako valjana za naš planet i za druga kozmička tijela.
Ali kako dokazati takvu teoriju velikih razmjera? Da bi to učinio, Marston se udružio s Pierreom Delacom, stručnjakom za fiziku kondenziranih tvari, kao i s geofizičarom Antoineom Venailom. Znanstvenici su primijenili teoriju kondenzirane materije na dvije vrste gravitacijskih valova, poznate kao Kelvin i Yanai valovi, koji putuju morima i zrakom oko Zemljinog ekvatora. Ova valovita izobličenja, dugačka stotine i tisuće kilometara, prenose energetski impuls istočno od ekvatora, što uvelike utječe na El Niño - sustav fluktuacija temperature površinskih voda Tihog oceana, o kojem ovisi stanje vremena i količina oborina. To se događa zbog interakcije nekoliko fizičkih procesa. Prvo, sila gravitacije ulazi u opreku s plutanjem,što uzrokuje hlađenje / zagrijavanje zraka i vode zbog kapljica neovisnih jedna o drugoj. Drugo, rotacija Zemlje na istoku stvara takozvani Coriolisov efekt, zbog kojeg se tekućine kreću duž Zemljine površine u suprotnim smjerovima, ovisno o hemisferi.
Od teorije do … teorije
Promotivni video:
Da bi vidjeli kako učinci međusobno djeluju i oblikuju valove, Marston i njegovi kolege slijedili su istu strategiju kao Taro Matsuno, znanstvenik sa Sveučilišta u Tokiju koji je predvidio zamku ekvatorijalnih valova još 1966. godine. Tu dolazi do kvantne fizike: Znanstvenici pojednostavljuju strukturu cijelog oceana i usredotočuju se na uski pojas u kojem Coriolisov učinak ostaje otprilike konstantan. Ali oni sve svoje proračune obavljaju ne za ekvatorijalne valove, već za one koji su podložniji analizi. Fizičari također prelaze na jednostavniji problem kako bi pokazali da sadrži odgovor na izvorno pitanje, iako implicitno.
Marston i njegovi kolege proučavaju valove ne u običnom svemiru, već u apstraktnom prostoru svih mogućih valova različite valne duljine i Coriolisovih učinaka. Jednadžbe za ekstremno duge valove pokazuju dvije posebne matematičke točke gdje se amplituda vala uvelike razlikuje ovisno o njegovoj duljini. Te se točke nazivaju "matematičkim rupama", a postoje ih dvije, budući da Zemlja ima dvije hemisfere s suprotnim usmjerenim Coriolisovim silama. Kao rezultat, kao što napominju istraživači na stranicama portala Science, hemisfere se ponašaju kao dva komada električnog izolacijskog materijala. Baš kao što kombiniranje dva električna izolacijska materijala omogućava struji da teče duž njihove površine, tako da kombiniranje dviju hemisfera stvara valove na njihovoj granici - ekvatoru, koji se smanjuje s povećanjem zemljopisne širine. I kao u slučaju materijala, valovi su stabilni ili,kako fizičari kažu, „topološki zaštićen“osobinama apstraktnog prostora.
Budućnost: kvantna fizika u rukama astronoma
Kakve veze astronomija ima s tim? Prema Marstonu, princip ovih valova isti je za bilo koji rotirajući planet. Znanstvenici su otkrili da čak i ako je u obliku krafne, to neće promijeniti situaciju. Teoretski se ovaj sustav može primijeniti na druge kozmičke pojave, na primjer, na diskove prašine i plina oko crnih rupa, kao i na atmosfere Venere i Titana, na kojima su zabilježeni i ekvatorijalni valovi. Dakle, znanstvenici u rukama imaju snažan topološki alat koji će im omogućiti da nauče o geofizici planeta mnogo prije nego što mu na njega pošalju sonda ili misija ekspedicije.
Vasily Makarov