Исследователи сообщили о новом понимании колебаний энергии в жидкостях
Результаты численного моделирования возникновения флуктуационно-индуцированной силы в однородной изотропной турбулентности (эффекта Казимира в жидкостях) представила международная группа исследователей. Статью с результатами проделанной работы 3 апреля опубликовал журнал Science Advances.
Данная работа должна стать прологом к исследованию состояния бактерий и колоний одноклеточных организмов в жидких средах.
Исследователи рассмотрели флуктуационно-индуцированную силу между двумя пластинами, погруженными в однородную изотропную турбулентность, используя прямое численное моделирование.
Возникновение силы притяжения между двумя пластинами, помещенными в жидкость на микронных расстояниях друг от друга является частным случаем эффекта, предсказанного голландским физиком Хендриком Казимиром в 1948 году.
Эффект Казимира — явление механического взаимодействия двух пластин, помещенных на квантовых расстояниях друг от друга в ваккуме. Пластины могут начать притягиваться, отталкиваться или пребывать в состоянии динамического равновесия.
Эта сила, существование которой с тех пор было экспериментально подтверждено, возникает из нормальных квантовых флуктуаций тех немногих атомов, которые сохраняются в пространстве, несмотря на эвакуацию всего воздуха. Источником энергии для возникновения силы служат электромагнитные колебания ваккума.
Группа исследователей в составе Родольфо Остилья-Монико, доцента кафедры машиностроения в Университете Хьюстона, Даниэля Путта, аспиранта этой же кафедры, Вамси Спандана из Гарвардского университета и Альфа Ли из Кембриджского университета исходила из гипотезы наличия в равновесной упокоенной жидкости микровихрей, вызванных инжекцией энергии на границах в малых масштабах.
Численное решение уравнений Навье-Стокса показало эффект возникновения «силы Казимира» в виде притягивания пластин и сфер. Было показано, что механизм генерации силы связан со способностью пластин упаковывать или исключать специфические особенности течения между ними и, таким образом, вызывать «силу Казимира».
Были промоделированы ситуации возникновения «силы Казимира» с разными числами Рейнольдса при разном расстоянии между пластинами и сферами. Промоделировано возникновение и развитие турбулентных структур в жидкости и энергопотенциал явления.
Исследователи полагают, что теоретически просчитанная сила может быть экспериментально реализована в установках, ранее использовавшихся для изучения однофазного и многофазного удара.
Кроме того, экспериментаторы предполагают, что исследуемый механизм генерации немонотонной казимироподобной силы за счет нетривиального пространственного перераспределения энергосодержащих структур и интенсивных вихревых нитей может быть общей феноменологией для активных и неравновесных систем и может проявляться в больших классах биологических жидкостей, содержащих микробные взвеси, которые демонстрируют заметные аналогии с турбулентными потоками.
Исследования в данном направлении позволят точнее понять природу реализации физико-химических реакций, ранее не рассматриваемых традиционной химией. Раскрытие сути исследуемых процессов необходимо для более точного понимания внутри- и межклеточных процессов, сборки наносистем.
