Ce pot avea în comun un fizician cuantic, un geolog și un matematician? Desigur, dorința de a rezolva ghicitoarea universului! Oamenii de știință au descoperit că respectarea comportamentului oceanelor Pământului va ajuta la explorarea chiar și a colțurilor îndepărtate ale galaxiei.
După cum știm cu toții, știința este plină de surprize, iar uneori fenomene și concepte care la prima vedere nu au nimic comun în ea. S-ar părea, care este legătura dintre un anumit tip de valuri oceanice care guvernează ciclul climatic El Niño și materialele cuantice, a căror caracteristică distinctivă este capacitatea lor de a conduce curent doar la suprafață? Fizicienii ne asigură însă că ambele fenomene pot fi explicate prin aceleași principii matematice.
Cum afectează fizica cuantică vremea lumii
Brad Marston, fizician la Universitatea Brown și autorul principal al noului studiu, a încercat să dovedească o teorie foarte interesantă. În opinia sa, utilizarea principiilor topologice poate explica atât fenomenul în care undele oceanice cât și cele atmosferice la ecuator se încadrează într-un fel de „capcană”, precum și faptul că fizica materiei condensate (o ramură uriașă a fizicii care studiază comportamentul sistemelor complexe și susține că evoluția sistemul în ansamblu nu poate fi „împărțit” în evoluția părților sale individuale) poate fi la fel de util atât pentru Pământ, cât și pentru explicarea fenomenelor de pe alte planete și luni. În termeni simpli: obiectivul principal al lucrării este de a demonstra că principiile fizicii cuantice sunt la fel de valabile pentru planeta noastră și pentru alte corpuri cosmice.
Dar cum să dovedim o teorie atât de mare? Pentru a face acest lucru, Marston a făcut echipă cu Pierre Delac, un expert în fizica materiilor condensate, precum și cu geofizicianul Antoine Venail. Oamenii de știință au aplicat teoria materiei condensate la două tipuri de unde gravitaționale, cunoscute sub numele de unde Kelvin și Yanai, care călătoresc prin mări și aer în jurul ecuatorului Pământului. Aceste distorsiuni ondulate, lungi de sute și mii de kilometri, transmit un impuls energetic la est de ecuator, care afectează foarte mult El Niño - sistemul de fluctuații ale temperaturii apelor de suprafață din Oceanul Pacific, de care depinde starea vremii și cantitatea de precipitații. Acest lucru se întâmplă datorită interacțiunii mai multor procese fizice. În primul rând, forța gravitației intră în opoziție cu flotabilitatea,care provoacă răcirea / încălzirea aerului și a apei din cauza picăturilor independente unele de altele. În al doilea rând, rotația spre est a Pământului creează așa-numitul efect Coriolis, care face ca fluidele să se deplaseze pe suprafața Pământului în direcții opuse, în funcție de emisferă.
De la teorie la … teorie
Video promotional:
Pentru a vedea cum efectele interacționează între ele și își formează undele, Marston și colegii săi au urmat aceeași strategie ca Taro Matsuno, un om de știință al Universității din Tokyo care a prezis o capcană a undelor ecuatoriale în 1966. Aici intervine fizica cuantică: Oamenii de știință simplifică structura unui întreg ocean și se concentrează pe o bandă îngustă peste care efectul Coriolis rămâne aproximativ constant. Dar își fac toate calculele nu pentru undele ecuatoriale, ci pentru cele care sunt mai bine adaptate analizei. Fizicienii apelează, de asemenea, la o problemă mai simplă pentru a demonstra că conține un răspuns la întrebarea inițială, deși implicit.
Marston și colegii săi studiază undele nu în spațiul obișnuit, ci în spațiul abstract al tuturor undelor posibile cu diferite lungimi de undă și efecte Coriolis. Ecuațiile undelor extrem de lungi arată două puncte matematice speciale în care amplitudinea undei variază mult cu lungimea ei. Aceste puncte sunt numite „găuri matematice” și există două dintre ele, deoarece Pământul are două emisfere cu forțe Coriolis direcționate opus. Drept urmare, după cum notează cercetătorii în paginile portalului Științei, emisferele se comportă ca două bucăți de material izolant electric. La fel cum combinarea a două materiale izolante electrice permite curgerea curentului de-a lungul suprafeței lor, combinarea celor două emisfere creează valuri la limita lor - ecuatorul, care scade odată cu creșterea latitudinii. Și, ca în cazul materialului, undele sunt stabile sau,după cum spun fizicienii, „protejați topologic” de trăsăturile spațiului abstract.
Viitorul: fizica cuantică în mâinile astronomilor
Ce legătură are astronomia cu ea? Potrivit lui Marston, principiul acestor valuri este același pentru orice planetă rotativă. Oamenii de știință au descoperit că, chiar dacă are forma unei gogoși, acest lucru nu va schimba situația. În teorie, acest sistem poate fi aplicat și la alte fenomene cosmice, de exemplu, discuri de praf și gaz în jurul găurilor negre, precum și în atmosferele lui Venus și Titan, pe care au fost înregistrate și unde ecuatoriale. Astfel, oamenii de știință au un instrument topologic puternic care le va permite să învețe despre geofizica planetei cu mult înainte ca o sondă sau o misiune de expediție să i se trimită.
Vasily Makarov
