Mis ühist võib olla kvantfüüsikal, geoloogil ja matemaatikul? Muidugi, soov lahendada universumi mõistatus! Teadlased leidsid, et Maa ookeanide käitumise jälgimine aitab uurida isegi galaktika kaugemaid nurki.
Nagu me kõik teame, on teadus täis üllatusi ja mõnikord koonduvad selles nähtused ja kontseptsioonid, millel pole esmapilgul midagi ühist. Näib, mis seos on teatud tüüpi ookeanilainete vahel, mis reguleerib El Niño kliimatsüklit, ja kvantmaterjalidega, mille eripäraks on nende võime juhtida voolu ainult pinnal? Füüsikud kinnitavad meile siiski, et mõlemad nähtused on seletatavad samade matemaatiliste põhimõtetega.
Kuidas mõjutab kvantfüüsika maailma ilma
Brad Marston, Browni ülikooli füüsik ja uue uuringu peamine autor, üritas tõestada väga huvitavat teooriat. Tema arvates võib topoloogiliste põhimõtete kasutamine seletada nii nähtust, et ekvaatori ääres olevad ookeani- kui ka atmosfäärilained langevad mingiks "lõksuks", ja asjaolu, et kondenseerunud ainefüüsika (tohutu füüsikaharu, mis uurib keerukate süsteemide käitumist ja väidab, et evolutsioon süsteemi tervikuna ei saa "jagada" selle üksikute osade evolutsiooniks) võib olla võrdselt kasulik nii Maa jaoks kui ka teiste planeetide ja kuude nähtuste selgitamiseks. Lihtsalt öeldes: töö peamine eesmärk on tõestada, et kvantfüüsika põhimõtted kehtivad võrdselt nii meie planeedi kui ka teiste kosmiliste kehade jaoks.
Aga kuidas tõestada nii laiaulatuslikku teooriat? Selleks tegi Marston koostööd kondenseerunud füüsika eksperdi Pierre Delaci ja geofüüsiku Antoine Venailiga. Teadlased on kohaldanud kondenseerunud aine teooriat kahte tüüpi gravitatsiooniliste lainete jaoks, mida tuntakse Kelvini ja Yanai lainetena ja mis rändavad läbi mere ja ekvaatori ümber Maa ekvaatori. Need sadade ja tuhandete kilomeetrite pikkused lainelised moonutused edastavad energiaimpulssi ekvaatorist ida poole, mis mõjutab suuresti El Niñot, Vaikse ookeani pinnavee temperatuuride kõikumiste süsteemi, millest sõltub ilmastikuolukord ja sademete hulk. See juhtub mitme füüsikalise protsessi koostoime tõttu. Esiteks astub raskusjõud ujuvusega opositsiooni,mis põhjustab õhu ja vee jahutamist / kuumutamist üksteisest sõltumatute tilkade tõttu. Teiseks loob Maa idapoolne pöörlemine niinimetatud Coriolise efekti, mis põhjustab vedelike liikumist mööda Maa pinda vastassuundades, sõltuvalt poolkerast.
Teooriast teooriani
Reklaamvideo:
Et näha, kuidas mõjud üksteisega suhtlevad ja laineid moodustavad, järgisid Marston ja tema kolleegid sama strateegiat nagu Tokyo ülikooli teadlane Taro Matsuno, kes ennustas lainete ekvatoriaalset lõksu 1966. aastal. Siit tulebki kvantfüüsika: teadlased lihtsustavad kogu ookeani struktuuri ja keskenduvad kitsale ribale, mille kohal Coriolise efekt püsib enam-vähem konstantsena. Kuid nad teevad kõik oma arvutused mitte ekvatoriaallainete, vaid nende jaoks, mida on parem analüüsida. Füüsikud lähevad ka lihtsamale probleemile, et näidata, et see sisaldab vastust algsele küsimusele, ehkki kaudselt.
Marston ja tema kolleegid uurivad laineid mitte tavalises ruumis, vaid kõigi võimalike erineva lainepikkusega ja Coriolise efektidega lainete abstraktses ruumis. Äärmiselt pikkade lainete võrrandid näitavad kahte spetsiaalset matemaatilist punkti, kus laine amplituud varieerub suuresti selle pikkusega. Neid punkte nimetatakse "matemaatilisteks aukudeks" ja neid on kaks, kuna Maal on kaks poolkera vastassuunatud Coriolise jõududega. Selle tulemusel, nagu teadlased teaduse portaali Science lehtedel märgivad, käituvad poolkerad nagu kaks elektriisolatsioonitükki. Nii nagu kahe elektriisolatsioonimaterjali ühendamine võimaldab voolu voolata piki nende pinda, tekitab kahe poolkera ühendamine nende piiril laineid - ekvaatori, mis väheneb laiuskraadi suurenemisega. Ja nagu ka materjali puhul, on lained stabiilsed võinagu väidavad füüsikud, "topoloogiliselt kaitstud" abstraktse ruumi tunnuste järgi.
Tulevik: kvantfüüsika astronoomide käes
Mis pistmist astronoomiaga? Marstoni sõnul on nende lainete põhimõte sama mis tahes pöörleval planeedil. Teadlased leidsid, et isegi kui see on sõõrikujuline, ei muuda see olukorda. Teoreetiliselt saab seda süsteemi rakendada muude kosmiliste nähtuste, näiteks mustade aukude ümber olevate tolmu- ja gaasiketaste, aga ka Veenuse ja Titani atmosfääride suhtes, millel registreeriti ka ekvatoriaallained. Seega on teadlaste käes võimas topoloogiline tööriist, mis võimaldab neil õppida tundma planeedi geofüüsikat juba ammu enne seda, kui sellele saadetakse sond või ekspeditsioonimissioon.
Vassili Makarov
