Mi lehet közös a kvantumfizikusnak, geológusnak és matematikusnak? Természetesen a vágy, hogy megoldja a rejtélyt a világegyetem! A tudósok úgy találták, hogy a Föld óceánjainak viselkedésének megfigyelése segít felderíteni még a galaxis legtávolabbi sarkait.
Mint mindannyian tudjuk, a tudomány tele van meglepetésekkel, és néha azok a jelenségek és fogalmak hasonlítanak egymáshoz, amelyek első pillantásra semmi közösek. Úgy tűnik, mi a kapcsolat az adott típusú óceánhullámok között, amelyek az El Niño éghajlati ciklust szabályozzák, és a kvantumos anyagok között, amelyek megkülönböztető jellemzője az, hogy csak a felszínen tudnak áramot vezetni? A fizikusok azonban biztosítják bennünket, hogy mindkét jelenség ugyanazon matematikai alapelvekkel magyarázható.
Hogyan befolyásolja a kvantumfizika a világ időjárását?
Brad Marston, a Brown Egyetem fizikusa és az új tanulmány fő szerzője megpróbált igazolni egy nagyon érdekes elméletet. Véleménye szerint a topológiai alapelvek használata megmagyarázhatja mind azt a jelenséget, hogy az óceáni és a légköri hullámok az Egyenlítőn egyfajta csapdába esnek, és azt a tényt, hogy a kondenzált anyagfizika (a fizika hatalmas ága, amely megvizsgálja az összetett rendszerek viselkedését, és azt állítja, hogy az evolúció a rendszer egészét nem lehet "felosztani" az egyes részeinek evolúciójába) egyaránt hasznos lehet mind a Föld számára, mind a többi bolygón és holdon megjelenő jelenségek magyarázatához. Egyszerűen fogalmazva: a munka fő célja annak bizonyítása, hogy a kvantumfizika alapelvei egyformán érvényesek bolygónkra és más kozmikus testekre.
De hogyan lehet bizonyítani egy ilyen nagyszabású elméletet? Ennek érdekében Marston összeállt Pierre Delac-tal, a kondenzált anyagfizika szakértőjével, valamint Antoine Venail geofizikussal. A tudósok a sűrített anyag elméletét két olyan gravitációs hullámtípusra alkalmazták - Kelvin és Yanai hullámoknak -, amelyek a tengerekön és a levegőn haladnak át a Föld egyenlítője körül. Ezek a hullámos, száz és ezer kilométer hosszú torzulások az Egyenlítőtől keletre keletkező energiaimpulzust továbbítják, amely nagymértékben befolyásolja az El Niñót, a Csendes-óceán felszíni vizeinek hőmérséklete ingadozásának rendszerét, amelytől az időjárás állapota és a csapadék mennyisége függ. Ez több fizikai folyamat kölcsönhatása miatt történik. Először is, a gravitációs erő felhajtóerővel kerül ellenállásba,amely a levegő és a víz hűtését / melegítését okozza egymástól független cseppek miatt. Másodszor, a Föld keleti forgása az úgynevezett Coriolis-effektust hozza létre, melynek eredményeként a folyadékok a féltekétől függően ellentétes irányba mozognak a Föld felszínén.
Az elmélettől az elméletig
Promóciós videó:
Annak látása érdekében, hogy a hatások miként kölcsönhatásba lépnek és hullámokat képeznek, Marston és kollégái ugyanazt a stratégiát követték, mint Taro Matsuno, a Tokiói Egyetem tudósa, aki 1966-ban jósolta az egyenlítői csapdát a hullámok számára. Itt jön be a kvantumfizika: A tudósok egyszerűsítik az egész óceán szerkezetét, és egy keskeny sávra összpontosítanak, amelyeken a Coriolis-hatás nagyjából állandó marad. De az összes számításukat nem az egyenlítői hullámokra, hanem azokra az elemzésekre hajtják végre, amelyek jobban alkalmazhatók az elemzésre. A fizikusok egy egyszerűbb problémára is átváltanak annak bizonyítására, hogy az eredeti kérdésre adott választ tartalmaz, bár hallgatólagosan.
Marston és kollégái nem a szokásos térben, hanem a különféle hullámhosszú és Coriolis-effektusú hullámok elvont térében tanulmányozzák a hullámokat. A rendkívül hosszú hullámok egyenletei két speciális matematikai pontot mutatnak, ahol a hullám amplitúdója nagyban változik a hosszával. Ezeket a pontokat "matematikai lyukaknak" nevezzük, és kettő közülük van, mivel a Földnek két félgömbje van, szemben az ellenkező irányban a Coriolis-erőkkel. Ennek eredményeként, amint a kutatók megjegyzik a Tudományos portál oldalain, a félteke két elektromos szigetelő anyagként viselkedik. Ugyanúgy, mint a két elektromos szigetelő anyag kombinálása lehetővé teszi az áramlás áramlását a felületük mentén, a két félgömb kombinálása hullámokat hoz létre egyenlítői határukon, amely a szélesség növekedésével csökken. És mint az anyag esetében, a hullámok stabilak vagyahogy a fizikusok mondják, "az absztrakt tér tulajdonságai által" topológiailag védett ".
A jövő: kvantumfizika a csillagászok kezében
Mi köze van a csillagászatnak? Marston szerint ezeknek a hullámoknak az elve megegyezik minden forgó bolygóval. A tudósok úgy találták, hogy még ha fánk alakú is, ez nem változtatja meg a helyzetet. Elméletileg ez a rendszer alkalmazható más kozmikus jelenségekre, például a por és gáz korongjaira a fekete lyukak körül, valamint a Vénusz és a Titán légkörére, amelyeken ekvatoriális hullámokat is felvették. A tudósok tehát a kezükben egy hatalmas topológiai eszközzel rendelkeznek, amely lehetővé teszi számukra, hogy megismerjék a bolygó geofizikáját jóval azelőtt, hogy egy szondát vagy expedíciós küldetést küldenek hozzá.
Vaszilij Makarov