Sementara ketertiban sering berubah menjadi kekacauan, kadang-kadang kebalikannya benar. Cairan turbulen, misalnya, memiliki kecenderungan untuk secara spontan membentuk pola rapi: garis-garis paralel.
Meskipun fisikawan telah mengamati fenomena ini secara eksperimental, mereka sekarang dapat menjelaskan mengapa ini terjadi menggunakan persamaan dinamika fluida mendasar, membawa mereka selangkah lebih dekat untuk memahami mengapa partikel berperilaku dengan cara ini.
Di laboratorium, ketika cairan ditempatkan di antara dua pelat paralel yang bergerak berlawanan arah satu sama lain, alirannya menjadi turbulen. Tetapi setelah beberapa saat, turbulensi mulai memuluskan dalam pola bergaris. Hasilnya adalah kanvas dari garis-garis halus dan turbulen yang berjalan pada sudut ke aliran (bayangkan sedikit gelombang yang diciptakan angin di sungai).
"Anda mendapatkan struktur dan urutan yang jelas dari gerakan kacau turbulensi," kata penulis senior Tobias Schneider, asisten profesor di sekolah teknik di Institut Teknologi Federal Swiss, Lausanne. Perilaku "aneh dan sangat tidak jelas" ini telah "memikat para ilmuwan untuk waktu yang sangat lama."
Fisikawan Richard Feynman meramalkan bahwa penjelasan harus disembunyikan dalam persamaan fundamental dinamika fluida, yang disebut persamaan Navier-Stokes.
Tetapi persamaan ini sangat sulit untuk dipecahkan dan dianalisis, kata Schneider kepada Live Science. (Menunjukkan bahwa persamaan Navier-Stokes bahkan memiliki solusi yang mulus di setiap titik untuk fluida 3D adalah salah satu dari masalah Hadiah Hadiah $ 1 juta.) Jadi sampai saat ini, tidak ada yang tahu bagaimana persamaan memprediksi perilaku pembentukan pola ini. Schneider dan timnya menggunakan kombinasi metode, termasuk simulasi komputer dan perhitungan teoritis untuk menemukan serangkaian "solusi yang sangat khusus" untuk persamaan ini yang secara matematis menggambarkan setiap langkah transisi dari kekacauan ke ketertiban.
Dengan kata lain, mereka memecah perilaku kacau menjadi blok bangunan non-kacau dan menemukan solusi untuk setiap potongan kecil. "Perilaku yang kita amati bukanlah fisika misterius," kata Schneider. "Entah bagaimana itu tersembunyi dalam persamaan standar yang menggambarkan aliran fluida."
Pola ini penting untuk dipahami karena menunjukkan bagaimana turbulen dan ketenangan, atau dikenal sebagai "aliran laminar," bersaing satu sama lain untuk menentukan keadaan akhirnya, menurut sebuah pernyataan. Ketika pola ini terjadi, aliran turbulen dan laminar memiliki kekuatan yang sama - tanpa ada pihak yang memenangkan tarik-menarik perang.
Tetapi pola ini tidak benar-benar terlihat dalam sistem alami, seperti turbulensi di udara. Schneider mencatat bahwa pola seperti ini sebenarnya "sangat buruk" untuk pesawat karena harus terbang melalui perancah turbulen bergelombang dan bukan garis turbulen.
Sebaliknya, tujuan utama dari percobaan ini adalah untuk memahami fisika dasar cairan dalam lingkungan yang terkontrol, katanya. Hanya dengan memahami gerakan cairan yang sangat sederhana kita dapat mulai memahami sistem turbulensi yang lebih kompleks yang ada di mana-mana di sekitar kita, dari aliran udara di sekitar pesawat ke bagian dalam pipa, tambahnya.
Para peneliti mempublikasikan temuan mereka pada 23 Mei di jurnal Nature Communications.
