Какво общо могат да имат квантовият физик, геолог и математик? Разбира се, желанието да разреши загадката на Вселената! Учените са открили, че наблюдаването на поведението на земните океани ще помогне да се изследват дори и далечните кътчета на галактиката.
Както всички знаем, науката е пълна с изненади и понякога явления и понятия, които на пръв поглед нямат нищо общо в нея. Изглежда, каква е връзката между определен тип океански вълни, които управляват климатичния цикъл на Ел Ниньо и квантовите материали, отличителната черта на които е способността им да провеждат ток само на повърхността? Физиците обаче ни уверяват, че и двете явления могат да бъдат обяснени от едни и същи математически принципи.
Как квантовата физика влияе на световното време
Брад Марстън, физик от Браунския университет и главен автор на новото изследване, се опита да докаже много интересна теория. Според него използването на топологични принципи може да обясни както феномена, че океанските и атмосферните вълни на екватора попадат в някакъв „капан“, така и факта, че физиката на кондензираната материя (огромен раздел от физиката, който изучава поведението на сложни системи и твърди, че еволюцията системата като цяло не може да бъде „разделена“на еволюцията на отделните й части) може да бъде еднакво полезна както за Земята, така и за обясняване на явления на други планети и луни. Най-просто казано: основната цел на работата е да докаже, че принципите на квантовата физика са еднакво валидни за нашата планета и за други космически тела.
Но как да докажа такава мащабна теория? За да направи това, Марстън си партнира с Пиер Делак, експерт по физика на кондензираната материя, както и с геофизик Антоан Вениел. Учените са приложили теорията на кондензираната материя върху два вида гравитационни вълни, известни като вълни Келвин и Янаи, които пътуват през моретата и въздуха около земния екватор. Тези вълнообразни изкривявания, дълги стотици и хиляди километри, предават енергиен импулс източно от екватора, което силно влияе на Ел Ниньо - системата на колебанията в температурата на повърхностните води на Тихия океан, от която зависи състоянието на времето и количеството на валежите. Това се случва поради взаимодействието на няколко физически процеса. Първо, силата на гравитацията влиза в опозиция с плаваемост,което причинява охлаждане / загряване на въздух и вода поради капчици, независими една от друга. Второ, въртенето на изток на Земята на изток създава така наречения ефект на Кориолис, който кара течностите да се движат по земната повърхност в противоположни посоки в зависимост от полукълбата.
От теория до … теория
Промоционално видео:
За да видят как ефектите си взаимодействат помежду си и образуват вълни, Марстън и колегите му следват същата стратегия като Таро Мацуно, учен от Университета в Токио, който през 1966 г. прогнозира екваториален „капан“за вълни. Тук идва квантовата физика: Учените опростяват структурата на цял океан и се фокусират върху тясна ивица, над която ефектът на Кориолис остава приблизително постоянен. Но те правят всички свои изчисления не за екваториални вълни, а за тези, които са по-добре подлежащи на анализ. Физиците преминават и към по-прост проблем, за да демонстрират, че той съдържа отговор на първоначалния въпрос, макар и неявно.
Марстън и неговите колеги изучават вълни не в обичайното пространство, а в абстрактното пространство на всички възможни вълни с различна дължина на вълната и ефекти на Кориолис. Уравненията за изключително дълги вълни показват две специални математически точки, където амплитудата на вълната варира значително в зависимост от нейната дължина. Тези точки се наричат "математически дупки" и има две от тях, тъй като Земята има две полукълба с противоположно насочени сили на Кориолис. В резултат на това, както отбелязват изследователите на страниците на портала Science, полукълбите се държат като две части от електрически изолационен материал. Точно както комбинирането на два електрически изолационни материала позволява на тока да тече по повърхността им, комбинирането на две полукълба създава вълни на тяхната граница - екватора, който намалява с увеличаване на географската ширина. И, както в случая на материал, вълните са стабилни или,както казват физиците, „топологично защитени“от характеристиките на абстрактното пространство.
Бъдещето: квантовата физика в ръцете на астрономите
Какво общо има астрономията с нея? Според Марстън принципът на тези вълни е един и същ за всяка въртяща се планета. Учените откриха, че дори и да е във формата на поничка, това няма да промени ситуацията. На теория тази система може да се приложи и за други космически явления, например дискове от прах и газ около черни дупки, както и за атмосферите на Венера и Титан, които също записват екваториални вълни. Така учените имат мощен топологичен инструмент в ръцете си, който ще им позволи да научат за геофизиката на планетата много преди да бъде изпратена сонда или експедиционна мисия.
Василий Макаров
