Matematycy dokonali długo oczekiwanego przełomu: połączyli trzy oddzielne opisy zachowania cieczy, od mikroskopijnych cząstek po makroskopowe przepływy, takie jak woda. Ujednolicenie, opublikowane w formie przeddruku i wkrótce ukazujące się w wiodącym czasopiśmie matematycznym, rozwiązuje kluczowy problem postawiony przez matematyka Davida Hilberta w 1900 r., co stanowi kamień milowy w jego tworzeniu od 125 lat.
Dziedzictwo szóstego problemu Hilberta
W 1900 roku Hilbert rzucił wyzwanie matematykom, aby rygorystycznie wyprowadzali prawa rządzące płynami z podstawowych aksjomatów – oczywistych prawd matematycznych. Przez ponad sto lat było to nieosiągalne. Do tej pory fizyka opierała się na trzech różnych podejściach do opisu cieczy:
- Mikroskopijny: Regulacja poszczególnych cząstek.
- Mezoskopowy: przetwarzanie zbiorów cząstek.
- Makroskopowy: opis w pełni uformowanych cieczy, takich jak woda lub powietrze.
Każdy system działał dobrze w swoim obszarze, ale ich płynne połączenie nie było możliwe… aż do teraz. Fakt, że trwało to tak długo, nie jest zaskakujący: fizyka często pozostaje w tyle za matematyką, wymagając eksperymentalnego testowania teorii.
Technika diagramów Feynmana okazuje się kluczem
Przełom nastąpił, gdy Zaher Hani z Uniwersytetu Michigan i jego zespół zaadaptowali technikę diagramów opracowaną pierwotnie przez fizyka Richarda Feynmana na potrzeby kwantowej teorii pola. Ta metoda zaskakująco zapewniła brakujące ogniwo pomiędzy łuskami płynu. Praca zespołu była efektem pięciu lat intensywnych wysiłków.
„Otrzymaliśmy potwierdzenia od czołowych ekspertów w tej dziedzinie, którzy dokładnie sprawdzili naszą pracę” – potwierdził Hani, podkreślając rygorystyczność i znaczenie badania.
Dlaczego to ma znaczenie: od pogody po prądy oceaniczne
Ujednolicenie dynamiki płynów to nie tylko osiągnięcie matematyczne, ale ma także implikacje w świecie rzeczywistym. Nowa struktura może poprawić naszą wiedzę na temat złożonego zachowania płynów w atmosferze i oceanach, co doprowadzi do powstania dokładniejszych modeli pogodowych, prognoz oceanograficznych, a być może nawet postępu w materiałoznawstwie. Zespół rozszerza już swoje prace na świat kwantowy, w którym pojawiają się jeszcze dziwniejsze i bogatsze zachowania cząstek.
To ujednolicenie stanowi znaczący krok naprzód w fizyce podstawowej, udowadniając, że nawet długotrwałe problemy teoretyczne mogą ustąpić miejsca wytrwałym badaniom matematycznym.
