Hva kan en kvantefysiker, geolog og matematiker ha felles? Selvfølgelig ønsket om å løse gåten i universet! Forskere har funnet ut at å observere atferden til jordens hav vil bidra til å utforske selv de fjerne hjørnene av galaksen.
Som vi alle vet, er vitenskapen full av overraskelser, og noen ganger er det fenomener og konsepter som ved første øyekast ikke har noe til felles sammen. Det ser ut til, hva er sammenhengen mellom en viss type bølger som styrer El Niños klimasyklus og kvantematerialer, hvis særpreg er deres evne til å lede strøm bare på overflaten? Fysikere forsikrer oss imidlertid om at begge disse fenomenene kan forklares med de samme matematiske prinsippene.
Hvordan kvantefysikk påvirker verdens vær
Brad Marston, fysiker ved Brown University og hovedforfatter av den nye studien, prøvde å bevise en veldig interessant teori. Etter hans mening kan bruk av topologiske prinsipper forklare både fenomenet at oseaniske og atmosfæriske bølger ved ekvator faller i en slags "felle", og det faktum at kondensert materifysikk (en enorm del av fysikken som studerer atferden til komplekse systemer og hevder at evolusjonen systemet som helhet kan ikke "deles" i utviklingen av dets individuelle deler) kan være like nyttig både for jorden og for å forklare fenomener på andre planeter og måner. Enkelt sagt: Hovedmålet med arbeidet er å bevise at prinsippene for kvantefysikk er like gyldige for planeten vår og for andre kosmiske kropper.
Men hvordan bevise en så stor teori? For å gjøre dette slo Marston seg sammen med Pierre Delac, en ekspert på fysikk i kondensert stoff, samt med geofysiker Antoine Venail. Forskere har brukt teori om kondensert materiale på to typer gravitasjonsbølger, kjent som Kelvin- og Yanai-bølger, som ferdes gjennom havene og luften rundt jordens ekvator. Disse bølgende forvrengningene, hundrevis og tusenvis av kilometer lange, overfører en energiimpuls øst for ekvator, noe som i stor grad påvirker El Niño, systemet med svingninger i temperaturen i overflatevannet i Stillehavet, som værets tilstand og nedbørsmengden avhenger av. Dette skjer på grunn av samspillet mellom flere fysiske prosesser. For det første går tyngdekraften i opposisjon med oppdrift,som forårsaker avkjøling / oppvarming av luft og vann på grunn av dråper uavhengig av hverandre. For det andre skaper jordens rotasjon østover den såkalte Coriolis-effekten, som får væsker til å bevege seg over jordoverflaten i motsatte retninger avhengig av halvkule.
Fra teori til … teori
Salgsfremmende video:
For å se hvordan effektene interagerer med hverandre og danner bølger, fulgte Marston og kollegene den samme strategien som Taro Matsuno, en forsker ved University of Tokyo, som spådde en ekvatorial "felle" for bølger tilbake i 1966. Det er her kvantefysikk kommer inn: Forskere forenkler strukturen i et helt hav og fokuserer på et smalt bånd der Coriolis-effekten forblir omtrent konstant. Men de gjør alle beregningene sine ikke for ekvatoriale bølger, men for de som er bedre mottagelige for analyse. Fysikere bytter også til et enklere problem for å demonstrere at det inneholder svar på det opprinnelige spørsmålet, om enn implisitt.
Marston og kollegene studerer bølger ikke i vanlig rom, men i det abstrakte rom for alle mulige bølger med forskjellige bølgelengder og Coriolis-effekter. Ligningene for ekstremt lange bølger viser to spesielle matematiske punkter der amplituden til bølgen varierer veldig med dens lengde. Disse punktene kalles "matematiske hull", og det er to av dem, siden Jorden har to halvkuler med motsatt rettede Coriolis-krefter. Som et resultat, som forskerne bemerker på sidene til Science-portalen, oppfører halvkule seg som to deler av elektrisk isolerende materiale. Akkurat som det å kombinere to elektriske isolasjonsmaterialer tillater strøm å strømme langs overflaten, skaper de to halvkulene bølger ved deres grense - ekvator, som avtar med økende breddegrad. Og som for materiale er bølgene stabile eller,som fysikere sier, "topologisk beskyttet" av trekk ved abstrakt rom.
Fremtiden: kvantefysikk i hendene på astronomer
Hva har astronomi å gjøre med det? I følge Marston er prinsippet for disse bølgene det samme for enhver roterende planet. Forskere har funnet ut at selv om det er i form av en smultring, vil dette ikke endre situasjonen. I teorien kan dette systemet brukes på andre kosmiske fenomener, for eksempel skiver av støv og gass rundt svarte hull, samt på atmosfærene til Venus og Titan, som ekvatoriale bølger også ble registrert på. Forskere har således et kraftig topologisk verktøy i hendene som lar dem lære om planetenes geofysikk lenge før en sonde eller et ekspedisjonsoppdrag blir sendt til den.
Vasily Makarov
