Haller György, a Massachusetts Institute of Technology (MIT) professzora szerint a hétköznapi ember inkább a turbulencia következményeivel, mintsem matematikai vonatkozásaival találkozik. A repülésben, ipari formatervezésben is döntő szerepet játszó jelenség hatásait eddig szélcsatornákkal, folyadékok áramlási viszonyait modellező zárt rendszerekben vizsgálták. Mostantól azonban az új matematikai megközelítéssel maga a jelenség lényege, az örvénylő folyamatot irányító rejtett mechanizmus vált ismertté.
A „Langrangian Skeleton of Turbulence” matematikai modell vizuális formája (Forrás: Haller György)
Hol is találkozhatunk a turbulenciával?
A legegyszerűbb példának említhetjük a kávénkba öntött tej elkeveredését, vagy a repülőn tapasztal- ható kellemetlen érzéseket okozó hirtelen magasságváltozásokat kiváltó jelenséget.
A turbulencia minden- hol jelen van, ahol valamilyen légnemű vagy folyékony hal- mazállapotú anyag áramlásával talál- kozunk. Legyen az az időjárási folyamato- kat is mozgató légköri jelenség, avagy egy gyertya lángjából felszálló füst elkeveredése.
A folyók hordalék- szállításában, és a csővezetékek zárt rendszereiben jelent- kező erők szintén érintik a most már matematikailag értel- mezhető jelenséget,
A turbulencia hatásait vizsgáló kutatások igen fontosak az autótervezésben, illetve az aerodina- mikai kérdésekben, így a repülőgépekre ható erők megisme- résében is.
Az eredmények kiindulópontjául szolgáló fizikai kísérleteket a texasi egyetem austini csoportja végezte, és ezen kísérletek eredményeit elemezte az MIT háromfős csapata. Az elemzés végeredménye egy matematikailag precízen definiált kaotikus szövevény, amelyet a csoport vizuálisan is megjeleníthető formában bemutatott. A szövevény bizonyos elemei taszítják, más elemei pedig vonzzák a folyadék részecskéit. Ezen két hatás eredménye a látszólag kiszámíthatatlan bonyolultságú (de a szövevény ismeretében mégis megjósolható) turbulens keveredés.
A következmények helyett magát a jelenség magját képviselő geometriai objektumot a matematikusok és a fizikusok régóta keresik. A most felfedett struktúrát a kutatók a „Langrangian Skeleton of Turbulence” névre keresztelték. Az elnevezést a 19. századi tudós Joseph-Louis Lagrange előtti tisztelgés motiválta, hiszen ő vetette fel elsőként az áramlástani részecskékhez rögzített koordináták használatát. Ezzel Langrange az áramlások egy új nézőpontból való vizsgálatát indította el – mondta el szerkesztőségünknek a professzor.
A Physical Review Letters című szakfolyóiratban megjelenő cikkben a Haller György által vezetett csoport először publikálta a turbulenciával kapcsolatos eredményeit. Haller szerint a felfedezésre azért csak most kerülhetett sor, mivel mind az alkalmazott matematika, mind pedig az áramlástani kísérletek technológiája csak mostanában jutott el az ehhez szükséges szintre.
Környezetvédelem és tengeráramlások
A „csontváz”, mint a jelenség belső magja, segítséget nyújthat az alkalmazott tudományok számára a turbulencia alapjainak megértéséhez. A kutató kiemelte, hogy az áramlások belső struktúrájának jobb megértése az óceánokban vagy a légkörben végbemenő transzportjelenségek vizsgálatában, a környezeti szennyezések terjedésének előrejelzésében is nagy szerepet kaphat.
A szélcsatornákban vizuálisan is megjeleníthetõ a turbulencia hatása
Hasonlóan ígéretessé válik az új eredmények ismeretében az áramlások szabályozása az új szövevényes struktúra bizonyos pontjainak célzott módosításán keresztül; az ilyen típusú szabályozás kulcsfontosságú lehet hajtóművek tervezésénél.
A turbulencia hatásainak megismerése a repülés, a felszíni illetve a tengeralatti közlekedés számos kérdésére adhat válaszokat. A kutató szerint a tervezők – akár az autókonstruktőrök – mindennapi munkájában is megjelenhet hamarosan a turbulens keveredés új matematikai leírása.
Haller György egyébként – egyetemi tevékenysége mellett –a turbulenciához hasonló bonyolultságú pénzügyi folyamatok kutatását irányítja a nemrégiben Budapesten létrehozott Morgan Stanley Matematikai Modellező Központ vezetőjeként.
