Труд
Автор:
Труд онлайн
Бьорн Бирнир се страхува, че съседът му в самолета ще го попита с какво се занимава. Причината е, че д-р Бирнир е един от водещите световни учени в областта на турбуленцията, хаотичното движение на течности като вода или въздух в условия на смущения. Неизбежно съседът му ще зададе въпроса, който д-р Бирнир знае, че ще последва, и на който не желае да отговаря: колко опасна всъщност е турбуленцията?
В наши дни този въпрос се задава все по-често от трите милиона души, които летят всеки ден само от и до американските летища, пише The New York Times. След като изглеждаше, че е останала на заден план като досадно явление в търговската авиация, подобно на лошата храна и недостатъчното пространство за краката, тежките турбуленции стават все по-лоши.
През 2023 г. британски изследователи използват метеорологични данни, събрани в продължение на няколко десетилетия, за да стигнат до заключението, че тежките турбуленции над Северния Атлантик са се увеличили с 55 процента между 1979 и 2020 г. (Проучването разглежда само турбуленциите в ясно време, които възникват, когато самолетът не лети през буря или над планинска верига; този вид турбуленции е особено труден за предсказване.)
„Много пъти съм си мислил, че би било чудесно, ако можехме да направим пътуването със самолет малко по-приятно“, каза д-р Бирнир, който ръководи Центъра за комплексни и нелинейни науки в Университета на Калифорния в Санта Барбара и е председател на катедрата по математика там.
Последният му принос към тази кауза е неотдавнашна статия в научното списание Physical Review Research, в която според него е представен най-модерният модел на турбулентно движение. Този модел от своя страна може да помогне на инженерите, които се стремят да направят полетите по-безопасни и по-малко стресиращи.
Томас К. Карни, пенсиониран професор по авиационна технология в Университета Пърдю, който има над 11 000 летателни часа като пилот, каза: „Колкото по-добър е моделът, толкова по-добре улавя конкретното турбулентно поле, а оттам и толкова по-добра е прогнозата, която пилотът ще използва.“
Турбулентността отдавна представлява предизвикателство за учените, въпреки че през последните години изследователите са постигнали значителни промени в разбирането за това как функционира турбулентността. Ричард П. Файнман, физик, носител на Нобелова награда, някога я нарече „най-важният нерешен проблем на класическата физика“.
"Една от причините е, че турбуленцията „се основава на толкова много движещи се части, така да се каже – температура, налягане, вятър и т.н.“, казва Патрик Смит, който пише за авиацията на своя уебсайт Ask the Pilot. „Факторите и условията, които причиняват турбуленция, могат да се променят много бързо.“
Системата е по своята същност хаотична и отказва да се развива по предсказуем път. Частиците, подложени на турбулентно движение, „започват да се разминават в различни посоки“, казва Танър Д. Хармс, който е изучавал турбулентността като докторант в Калифорнийския технологичен институт. Тези посоки са изключително трудни за точно моделиране.
„Определението за хаос е почти вплетено в самата турбулентност.“
За да се опита да разбере хаоса, д-р Бирнир работи с Луиза Ангелута-Бауер, теоретичен физик от Университета в Осло, за да създаде модел, който комбинира два различни метода за наблюдение на турбулентността: така наречените лагранжева и еулерова механика. Експертите казват, че нито една от двете рамки не може сама да обясни напълно как работи турбулентността.
Това е така, защото тези две рамки разглеждат фундаментално различни аспекти на турбулентна система. В лагранжевата механика изследователите наблюдават проста частица, докато в еулеровата рамка разглеждат една точка в пространството. Просто казано, лагранжевата механика е като да наблюдаваш листо, което се носи по реката, подчинено на капризите на водовъртежите във водата. От друга страна, механиката на Ойлер е като да наблюдаваш камък, който изпъква от повърхността на реката, и да изучаваш как турбулентността на водата се движи около тази фиксирана точка.
Да знаеш как всеки тип турбулентност се вписва в по-голямата картина е подобно на избора на подходящ обектив за микроскоп, тъй като и двете са силно зависими от перспективата.
„Една и съща турбулентност, различни истории“, каза Томек Ярославски, постдокторант в Центъра за изследване на турбулентността в Станфорд. „Нито едното, нито другото виждане е грешно – те са просто различни начини да зададеш въпрос на природата.“
Той и д-р Ангелута-Бауер използваха както теоретични, така и статистически подходи. Преди това физиците не бяха успели да създадат толкова изчерпателен модел на турбулентното движение.
„Резултатът е новаторски, няма съмнение в това“, каза Катепали Сринивасан, бивш декан на Инженерния факултет „Тандон“ в Нюйоркския университет, като призна, че някои експерти не са съгласни с неговата оценка.
„Напълно развитата турбулентност е мястото, където нещата са просто луди“, каза Дж. Дойн Фармър, професор по сложни и хаотични системи в Оксфордския университет. „Тези вихри се държат много хаотично и има много степени на свобода.“
Д-р Бирнир каза, че според него полетът на Delta над Уайоминг „изглежда типичен пример за силна прекъсваемост в еулеровата турбулентност“, въпреки че добави, че не може да направи окончателен анализ без достъп до суровите данни. Той каза, че по-нюансиран модел на турбулентността може би би позволил на пилотите да вземат превантивни мерки, като например да намалят мощността на двигателите, за да противодействат на еулеровата нередовност, през която летяха.
Д-р Карни от университета в Пъру призна, че част от работата, извършена от д-р Бирнир и д-р Ангелута-Бауер, е извън неговите възможности и вероятно би била извън възможностите на всеки пилот без опит в изчислителната флуидна динамика. Но това не намалява потенциалната й полезност.
„Уверен съм, че те допринасят за разширяването на знанията“, каза той.
