Ученые из Окинавского института науки и технологий подтвердили, что знаменитая теория турбулентности, предложенная Андреем Колмогоровым, действительно является универсальной, несмотря на многолетние сомнения. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advance. 
Турбулентные потоки встречаются повсюду: от облаков и океанских течений до струй кофе в чашке. Их поведение описывается простыми уравнениями, но предсказать, как они будут себя вести, очень сложно. Для физиков турбулентность остается одной из самых загадочных форм движения вещества.
Колмогоров в 1941 году предложил изящную модель — энергетический каскад. Например, когда вы размешиваете воду ложкой, формируется крупный вихрь, который распадается на все более мелкие, пока энергия не превращается в тепло. В его формализме энергия должна распределяться по универсальному закону — «-5/3», который наблюдается почти во всех турбулентных потоках.
Тем не менее, одно исключение долгое время тревожило физиков — потоки Тейлора-Куэтта, возникающие между двумя вращающимися цилиндрами. Эти простые в лабораторных условиях системы, по каким-то причинам, не подчинялись универсальному закону Колмогорова.
Теперь исследователи, после девяти лет работы над уникальной экспериментальной установкой, доказали, что Колмогоров был прав и в этом случае.
«Это противоречие было очевидно для всех, кто занимается гидродинамикой. Теперь оно устранено, и наша установка задает новую точку отсчета для исследований турбулентности», — отметил руководитель работы профессор Пинаки Чакраборти.
Созданная установка позволяет вращать цилиндры со скоростью до тысячи оборотов в минуту и измерять мельчайшие вихри в жидкости при экстремальных значениях числа Рейнольдса — показателя «хаотичности» потока.
«Если анализировать энергию вихрей традиционным способом, закон Колмогорова действительно не работает, — объяснил ведущий автор статьи Хулио Баррос. — Но когда мы учли влияние самых маленьких вихрей, где энергия уже превращается в тепло, и пересчитали данные по расширенной формулировке Колмогорова, все идеально совпало. Универсальность восстановлена».
Это открытие устраняет одно из старейших противоречий в теории турбулентности и открывает новые горизонты для изучения сложных потоков — от погоды и океанов до процессов в протопланетных дисках.
Фото: hi-tech.mail.ru