Kas kopīgs var būt kvantu fiziķim, ģeologam un matemātiķim? Protams, vēlme atrisināt Visuma mīklu! Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka Zemes okeānu uzvedības novērošana palīdzēs izpētīt pat attālākos galaktikas stūrus.
Kā mēs visi zinām, zinātne ir pārsteigumu pilna, un dažreiz parādības un jēdzieni, kuriem no pirmā acu uzmetiena nav nekā kopīga, tajā saplūst. Varētu šķist, kāda ir saikne starp noteikta veida okeāna viļņiem, kas regulē El Niño klimata ciklu, un kvantu materiāliem, kuru atšķirīgā iezīme ir to spēja vadīt strāvu tikai uz virsmas? Fizikāņi mums tomēr apliecina, ka abas šīs parādības var izskaidrot ar vieniem un tiem pašiem matemātiskajiem principiem.
Kā kvantu fizika ietekmē pasaules laika apstākļus
Brads Marstons, Brauna universitātes fiziķis un jaunā pētījuma galvenais autors, centās pierādīt ļoti interesantu teoriju. Pēc viņa domām, topoloģisko principu izmantošana var izskaidrot gan fenomenu, ka okeāna un atmosfēras viļņi pie ekvatora nonāk sava veida "slazdos", gan to, ka kondensētās vielas fizika (milzīga fizikas nozare, kas pēta sarežģītu sistēmu uzvedību un apgalvo, ka evolūcija) sistēmu kopumā nevar “sadalīt” tās atsevišķo daļu evolūcijā), tā var būt vienlīdz noderīga gan Zemei, gan parādību izskaidrošanai uz citām planētām un pavadoņiem. Vienkārši izsakoties: darba galvenais mērķis ir pierādīt, ka kvantu fizikas principi ir vienlīdz derīgi gan uz mūsu planētas, gan citiem kosmiskajiem ķermeņiem.
Bet kā pierādīt tik liela mēroga teoriju? Lai to izdarītu, Marstons sadarbojās ar Pjēru Delaku, kondensēto vielu fizikas ekspertu, kā arī ar ģeofiziku Antuānu Venailu. Zinātnieki ir pielietojuši kondensētās vielas teoriju divu veidu gravitācijas viļņiem, pazīstamiem kā Kelvina un Janai viļņiem, kuri pārvietojas pa jūrām un gaisu ap Zemes ekvatoru. Šie simtiem un tūkstošiem kilometru gari viļņveida kropļojumi pārraida enerģijas impulsu uz austrumiem no ekvatora, kas lielā mērā ietekmē El Niño - Klusā okeāna virszemes ūdeņu temperatūras svārstību sistēmu, no kuras atkarīgs laika apstākļi un nokrišņu daudzums. Tas notiek vairāku fizikālo procesu mijiedarbības dēļ. Pirmkārt, smaguma spēks nonāk pretstatā ar peldspēju,kas izraisa gaisa un ūdens dzesēšanu / sildīšanu pilienu dēļ, kas ir neatkarīgi viens no otra. Otrkārt, Zemes rotācija austrumu virzienā rada tā saukto Koriolisa efektu, kas izraisa šķidrumu pārvietošanos pa Zemes virsmu pretējos virzienos atkarībā no puslodes.
No teorijas līdz … teorijai
Reklāmas video:
Lai redzētu, kā efekti mijiedarbojas viens ar otru un veido viļņus, Marstons un viņa kolēģi ievēroja tādu pašu stratēģiju kā Taro Matsuno, Tokijas Universitātes zinātnieks, kurš 1966. gadā paredzēja ekvatoriālo viļņu slazdu. Šeit nonāk kvantu fizika: zinātnieki vienkāršo visa okeāna struktūru un koncentrējas uz šauru joslu, kur Koriolisa efekts paliek aptuveni nemainīgs. Bet viņi visus savus aprēķinus veic nevis ekvatoriālajiem viļņiem, bet tiem, kas ir labāk pakļaujami analīzei. Arī fiziķi pievēršas vienkāršākai problēmai, lai pierādītu, ka tā satur atbildi uz sākotnējo jautājumu, kaut arī netieši.
Marstons un viņa kolēģi viļņus pēta nevis parastajā telpā, bet gan visu iespējamo viļņu abstraktā telpā ar dažādu viļņu garumu un Koriolisa efektiem. Ļoti garu viļņu vienādojumi parāda divus īpašus matemātiskus punktus, kur viļņa amplitūda ievērojami atšķiras ar tā garumu. Šos punktus sauc par "matemātiskajiem caurumiem", un ir divi no tiem, jo Zemei ir divas puslodes ar pretēji virzītiem Koriolisa spēkiem. Tā rezultātā, kā pētnieki atzīmē zinātnes portāla lapās, puslodes uzvedas kā divi elektrisko izolācijas materiālu gabali. Tāpat kā divu elektrisko izolācijas materiālu apvienošana ļauj strāvai plūst gar to virsmu, apvienojot abas puslodes, viļņi rodas uz to robežas - ekvatora, kas samazinās, palielinoties platumam. Un, tāpat kā materiāla gadījumā, viļņi ir stabili vai,kā saka fiziķi, "topoloģiski aizsargā" ar abstraktās telpas iezīmēm.
Nākotne: kvantu fizika astronomu rokās
Kāda tam sakara astronomija? Pēc Marstona teiktā, šo viļņu princips ir vienāds jebkurai rotējošai planētai. Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka pat tad, ja tas ir virtula formā, tas situāciju nemainīs. Teorētiski šo sistēmu var pielietot citām kosmiskām parādībām, piemēram, putekļu un gāzes diskiem ap melnajiem caurumiem, kā arī Venēras un Titāna atmosfērām, uz kurām tika reģistrēti arī ekvatoriālie viļņi. Tādējādi zinātniekiem rokās ir jaudīgs topoloģiskais rīks, kas ļaus viņiem uzzināt par planētas ģeofiziku ilgi pirms tam, kad uz to tiks nosūtīta zonde vai ekspedīcijas misija.
Vasilijs Makarovs