Matematici dosáhli dlouho očekávaného průlomu: zkombinovali tři samostatné popisy chování kapalin, od mikroskopických částic po makroskopické toky, jako je voda. Sjednocení, které bylo publikováno jako předtisk a brzy se objeví v předním matematickém časopise, řeší klíčový problém, který položil matematik David Hilbert v roce 1900, a představuje milník ve výrobě 125 let.
Dědictví Hilbertova šestého problému
V roce 1900 vyzval Hilbert matematiky, aby důsledně odvodili zákony řídící tekutiny ze základních axiomů – samozřejmých matematických pravd. Po více než století to zůstalo nedosažitelné. Až dosud se fyzika při popisu kapalin spoléhala na tři různé přístupy:
- Mikroskopické: Regulace jednotlivých částic.
- Mesoskopický: Zpracování sbírek částic.
- Makroskopické: Popis plně tvarovaných kapalin, jako je voda nebo vzduch.
Každý systém fungoval dobře ve své vlastní oblasti, ale nebylo možné je hladce propojit… až dosud. Skutečnost, že to trvalo tak dlouho, není překvapivé: fyzika často zaostává za matematikou a vyžaduje experimentální testování teorií.
Technika Feynmanova diagramu se ukazuje jako klíčová
Průlom nastal, když Zaher Hani z University of Michigan a jeho tým upravili diagramovou techniku původně vyvinutou fyzikem Richardem Feynmanem pro kvantovou teorii pole. Tato metoda překvapivě poskytla chybějící spojení mezi tekutými šupinami. Práce týmu byla výsledkem pěti let intenzivního úsilí.
„Obdrželi jsme potvrzení od předních odborníků v oboru, kteří důkladně prozkoumali naši práci,“ potvrdil Hani a zdůraznil přísnost a význam studie.
Proč na tom záleží: Od počasí po mořské proudy
Sjednocení dynamiky tekutin není jen matematickým úspěchem, ale má také důsledky v reálném světě. Nová struktura by mohla zlepšit naše chápání složitého chování tekutin v atmosféře a oceánech, což by vedlo k přesnějším modelům počasí, oceánografickým předpovědím a možná i k pokrokům ve vědě o materiálech. Tým již tuto práci rozšiřuje do kvantového světa, kde vzniká ještě podivnější a bohatší chování částic.
Toto sjednocení představuje významný krok vpřed v základní fyzice a dokazuje, že i dlouhodobé teoretické problémy mohou ustoupit vytrvalému matematickému výzkumu.
