Ką bendro gali turėti kvantų fizikas, geologas ir matematikas? Žinoma, noras išspręsti Visatos mįslę! Mokslininkai nustatė, kad Žemės vandenynų elgesio stebėjimas padės ištirti net tolimiausius galaktikos kampelius.
Kaip mes visi žinome, mokslas kupinas netikėtumų, o kartais jame susilieja reiškiniai ir sąvokos, kurie iš pirmo žvilgsnio neturi nieko bendra. Atrodytų, koks ryšys yra tarp tam tikro tipo vandenynų bangų, reguliuojančių El Niño klimato ciklą, ir kvantinių medžiagų, kurių skiriamasis bruožas yra jų sugebėjimas laidoti srovę tik paviršiuje? Tačiau fizikai mus patikina, kad abu šiuos reiškinius galima paaiškinti tais pačiais matematiniais principais.
- „Salik.biz“
Kaip kvantinė fizika veikia pasaulio orus
Bradas Marstonas, Browno universiteto fizikas ir pagrindinis naujojo tyrimo autorius, bandė įrodyti labai įdomią teoriją. Jo nuomone, topologinių principų taikymas gali paaiškinti tiek reiškinį, kad vandenyno ir atmosferos bangos ties pusiauju patenka į tam tikrus "spąstus", tiek ir tai, kad sutirštinto materijos fizika (didžiulė fizikos šaka, tirianti sudėtingų sistemų elgseną ir teigianti, kad evoliucija) visa sistema negali būti „padalinta“į atskirų jos dalių evoliuciją) gali būti vienodai naudinga ir Žemei, ir aiškinant reiškinius kitose planetose ir mėnuliuose. Kalbant paprastai: pagrindinis darbo tikslas yra įrodyti, kad kvantinės fizikos principai vienodai galioja ir mūsų planetoje, ir kituose kosminiuose kūnuose.
Bet kaip įrodyti tokią plataus masto teoriją? Norėdami tai padaryti, Marstonas kartu su Pierre Delac, kondensuotų medžiagų fizikos ekspertu, taip pat su geofiziku Antoine'u Venail'iu. Mokslininkai pritaikė kondensuotosios medžiagos teoriją dviejų tipų gravitacinėms bangoms, vadinamoms Kelvino ir Yanai bangomis, kurios keliauja jūromis ir oru aplink Žemės pusiaują. Šie šimtų ir tūkstančių kilometrų ilgio banguoti iškraipymai perduoda energijos impulsą į rytus nuo pusiaujo, o tai daro didelę įtaką El Niño - Ramiojo vandenyno paviršinių vandenų temperatūros svyravimų sistemai, nuo kurios priklauso orų būklė ir kritulių kiekis. Tai atsitinka dėl kelių fizinių procesų sąveikos. Pirma, sunkio jėga priešinasi plintančiai,dėl kurio oro ir vandens aušinimas / šildymas atsiranda dėl vienas nuo kito nepriklausančių lašelių. Antra, Žemės sukimas į rytus sukuria vadinamąjį Coriolis efektą, dėl kurio skysčiai juda Žemės paviršiumi priešingomis kryptimis, priklausomai nuo pusrutulio.
Nuo teorijos iki … teorijos
Reklaminis vaizdo įrašas:
Norėdami pamatyti, kaip efektai sąveikauja tarpusavyje ir formuoja bangas, Marstonas ir jo kolegos laikėsi tos pačios strategijos, kaip ir Tokijo universiteto mokslininkas Taro Matsuno, kuris 1966 m. Numatė ekvatorinį bangų spąstus. Štai kur prasideda kvantinė fizika: Mokslininkai supaprastina viso vandenyno struktūrą ir sutelkia dėmesį į siaurą juostą, per kurią Koriolio efektas išlieka beveik pastovus. Bet jie visus savo skaičiavimus atlieka ne dėl pusiaujo bangų, o pagal tuos, kuriuos geriau analizuoti. Fizikai taip pat pereina prie paprastesnės problemos, norėdami parodyti, kad joje yra atsakymas į pirminį klausimą, nors ir netiesiogiai.
Marstonas ir jo kolegos bangas tiria ne įprastoje erdvėje, o abstrakčioje visų galimų bangų, turinčių skirtingą bangos ilgį ir Coriolis efektą, erdvėje. Ypač ilgų bangų lygtys parodo du specialius matematinius taškus, kur bangos amplitudė labai skiriasi priklausomai nuo jos ilgio. Šie taškai yra vadinami „matematinėmis skylėmis“ir jų yra du, nes Žemė turi du pusrutulius su priešingai nukreiptomis Koriolio jėgomis. Dėl to, kaip pastebi tyrėjai „Science“portalo puslapiuose, pusrutuliai elgiasi kaip du elektros izoliacinės medžiagos gabaliukai. Kaip ir derinant dvi elektrines izoliacines medžiagas, srovė gali tekėti išilgai jų paviršiaus, sujungiant abu pusrutulius, jų bangoje susidaro bangos - pusiaujas, kuris mažėja didėjant platumai. Ir, kaip ir medžiagos atveju, bangos yra stabilios arba,kaip sako fizikai, „topologiškai apsaugoti“pagal abstrakčiosios erdvės ypatybes.
Ateitis: kvantinė fizika astronomų rankose
Ką su tuo turi astronomija? Anot Marstono, šių bangų principas yra vienodas bet kuriai besisukančiai planetai. Mokslininkai nustatė, kad net jei ji bus spurgos formos, tai nepakeis situacijos. Teoriškai šią sistemą galima pritaikyti kitiems kosminiams reiškiniams, pavyzdžiui, dulkių ir dujų diskams aplink juodąsias skylutes, taip pat Veneros ir Titano atmosferoms, kuriose taip pat buvo užfiksuotos pusiaujo bangos. Taigi mokslininkai rankose turi galingą topologinį įrankį, kuris leis jiems sužinoti apie planetos geofiziką dar ilgai, kol į ją nebus nusiųstas zondas ar ekspedicijos misija.
Vasilijus Makarovas