Mitä kvantifyysikolla, geologilla ja matemaatikilla voi olla yhteistä? Tietenkin halu ratkaista maailmankaikkeuden arvoitus! Tutkijat ovat havainneet, että Maan valtamerten käyttäytymisen tarkkaileminen auttaa tutkimaan jopa galaksin kaukana olevia kulmia.
Kuten me kaikki tiedämme, tiede on täynnä yllätyksiä, ja joskus ilmiöt ja käsitteet, joilla ei ensi silmäyksellä ole mitään yhteistä, lähentyvät sitä. Vaikuttaa siltä, mikä on yhteys tietyn tyyppisten valtamerien aaltojen välillä, jotka säätelevät El Niñon ilmastosykliä, ja kvanttimateriaaleihin, joiden erottuva piirre on niiden kyky johtaa virtaa vain pinnalla? Fyysikot kuitenkin vakuuttavat meille, että molemmat näistä ilmiöistä voidaan selittää samoilla matemaattisilla periaatteilla.
Kuinka kvanttifysiikka vaikuttaa maailman säähän
Brad Marston, Brownin yliopiston fyysikko ja uuden tutkimuksen pääkirjailija, yritti osoittaa erittäin mielenkiintoisen teorian. Hänen mielestään topologisten periaatteiden käyttö voi selittää sekä ilmiön, että päiväntasaajan meri- että ilmakehän aallot putoavat eräänlaiseksi "ansaksi", ja tosiasian, että tiivistyneen aineen fysiikka (valtava fysiikan haara, joka tutkii monimutkaisten järjestelmien käyttäytymistä ja väittää evoluutiota) koko järjestelmää ei voida "jakaa" sen yksittäisten osien evoluutioon) voi olla yhtä hyödyllistä sekä maapallolle että muiden planeettojen ja kuukausien ilmiöiden selittämiseen. Yksinkertaisesti sanottuna: työn päätavoite on todistaa, että kvanttifysiikan periaatteet pätevät yhtä lailla planeetallemme kuin muille kosmisille elimille.
Mutta miten todistaa tällainen laaja-alainen teoria? Tätä varten Marston ryhmittyi tiivisteaineiden fysiikan asiantuntijan Pierre Delacin ja geofysiikan Antoine Venailin kanssa. Tutkijat ovat soveltaneet tiivistyneiden aineiden teoriaa kahden tyyppisiin gravitaatioaaltoihin, joita kutsutaan Kelvin- ja Yanai-aaltoiksi, jotka kulkevat merien ja ilman kautta Maan päiväntasaajan ympäri. Nämä satojen ja tuhansien kilometrien pituiset aaltoilevat vääristymät välittävät päiväntasaajasta itään suuntautuvan energiaimpulssin, joka vaikuttaa suuresti El Niñoon - Tyynenmeren pintavesien lämpötilanvaihtelujärjestelmään, josta säätila ja sademäärä riippuvat. Tämä tapahtuu useiden fysikaalisten prosessien vuorovaikutuksen takia. Ensinnäkin painovoima asettuu vastakkain nosteella,joka aiheuttaa ilman ja veden jäähtymisen / kuumenemisen toisistaan riippumattomien pisaroiden takia. Toiseksi maapallon itäinen kierto luo niin kutsutun Coriolis-ilmiön, joka saa nesteet liikkumaan maan pintaa pitkin vastakkaisiin suuntiin pallonpuoliskosta riippuen.
Teoriasta … teoriaan
Mainosvideo:
Marston ja hänen kollegansa seurasivat samaa strategiaa kuin Tokion yliopiston tutkija Taro Matsuno, joka näki, kuinka vaikutukset ovat vuorovaikutuksessa keskenään ja muodostavat aaltoja. Vuonna 1966 ennustettiin päiväntasaajan "ansa" aalloille. Täältä tulee kvanttifysiikka: Tutkijat yksinkertaistavat koko valtameren rakennetta ja keskittyvät kapeaan kaistaan, jonka yli Coriolis-efekti pysyy suunnilleen vakiona. Mutta he tekevät kaikki laskelmansa ei päiväntasaajan aalloille, vaan niille, jotka ovat paremmin analysoitavissa. Fyysikot siirtyvät myös yksinkertaisempaan ongelmaan osoittaakseen, että se sisältää vastauksen alkuperäiseen kysymykseen, tosin epäsuorasti.
Marston ja hänen kollegansa tutkivat aaltoja ei tavallisessa tilassa, vaan kaikkien mahdollisten aaltojen abstraktissa tilassa, joilla on eri aallonpituudet ja Coriolis-efektit. Äärimmäisen pitkien aaltojen yhtälöt osoittavat kaksi erityistä matemaattista pistettä, joissa aallon amplitudi vaihtelee suuresti sen pituuden kanssa. Näitä pisteitä kutsutaan "matemaattisiksi reikiksi", ja niitä on kaksi, koska maapallolla on kaksi pallonpuoliskoa vastakkaisesti suunnattujen Coriolisin voimien kanssa. Seurauksena, kuten tutkijat huomauttavat Science-portaalin sivuilla, pallonpuoliskot käyttäytyvät kuin kaksi sähköä eristävää materiaalia. Aivan kuten kahden sähköeristemateriaalin yhdistäminen antaa virran virtata niiden pintaa pitkin, kahden pallonpuoliskunnan yhdistäminen luo aaltoja niiden rajalle - päiväntasaajalle, joka pienenee leveysasteen kasvaessa. Ja kuten materiaalin tapauksessa, aallot ovat vakaita taikuten fyysikot sanovat, "topologisesti suojattu" abstraktin tilan piirteillä.
Tulevaisuus: kvanttifysiikka tähtitieteilijöiden käsissä
Mitä tekemistä tähtitieteen kanssa on? Marstonin mukaan näiden aaltojen periaate on sama kaikille pyöriville planeetalle. Tutkijat ovat havainneet, että vaikka se olisi munkin muodossa, se ei muuta tilannetta. Teoriassa tätä järjestelmää voidaan soveltaa muihin kosmisiin ilmiöihin, esimerkiksi pöly- ja kaasukerroksiin mustien reikien ympärillä, samoin kuin Venuksen ja Titanin ilmakehään, joille myös päiväntasaajan aallot tallennettiin. Siksi tutkijoiden käsissä on tehokas topologinen työkalu, jonka avulla he voivat oppia planeetan geofysiikasta kauan ennen kuin sondille tai tutkimusmatkalle lähetetään sille.
Vasily Makarov