Российские ученые доказали теорию акустической турбулентности
Фото: kommersant.ru
Инновационный прорыв в изучении звуковой турбулентности совершили отечественные исследователи, применив метод параллельных вычислений на видеокартах. Современные технологии позволили перенести сложнейшие расчеты с громоздких суперкомпьютеров на обычные персональные устройства. Это достижение открывает новые горизонты в метеорологии и астрофизике, позволяя точнее моделировать распространение акустических волн во Вселенной. Исследование получило поддержку Российского научного фонда, подтверждая его высокую значимость.
Захватывающий мир турбулентности представляет собой динамичное взаимодействие жидкостей, газов и волн в природе. Это явление можно наблюдать в величественных океанских просторах, где ветер создает причудливые узоры на водной глади, в завораживающем танце лазерных лучей при прохождении через оптические системы, и даже в уникальном поведении звуковых волн в экзотической среде сверхтекучего гелия.
Блестящее предвидение советских ученых 1970-х годов о природе акустической турбулентности при высоких амплитудах звуковых волн открыло новую главу в физике. Эта универсальная теория находит применение в изучении магнитных полей звезд, атмосфер газовых гигантов и даже гравитационных волн ранней Вселенной. До недавнего времени сложность вычислений делала практически невозможным точное предсказание поведения нелинейных волновых систем.
Объединенная команда талантливых ученых из ведущих российских научных центров — Сколтеха, УрО РАН и ФИАН — успешно разработала численное решение уравнения распространения звуковых волн в турбулентной среде. Это достижение блестяще подтвердило теоретические предположения советских исследователей.
Прорывное решение стало возможным благодаря творческому использованию графических процессоров. Ученые разработали элегантный метод параллельных вычислений на четырех видеокартах одного компьютера, что позволило получить точные результаты без использования дорогостоящих вычислительных комплексов.
Экспериментальная проверка решения проводилась на уникальной среде — сверхтекучем гелии при сверхнизкой температуре -270°C. В этих экстремальных условиях гелий проявляет удивительные квантовые свойства, делающие его незаменимым в передовых технологиях — от квантовых компьютеров до магнитолевитационного транспорта и ядерных реакторов.
Этот научный прорыв сравним по значимости с открытием периодической системы элементов. Теория волновой турбулентности выступает универсальным классификатором, где каждый вид турбулентности имеет свое четко определенное место и предсказуемые свойства. Практическое применение теории уже совершенствует метеорологические прогнозы и климатические модели.
По словам Евгения Кочурина, ведущего специалиста проекта, исследование турбулентности остается одним из самых увлекательных направлений современной физики. Особенно интересна связь между звуковыми и океаническими волнами, демонстрирующими сходные механизмы формирования турбулентности через энергетические всплески и коллапсы. Эти захватывающие исследования открывают новые перспективы в понимании фундаментальных законов природы.
Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда с использованием материалов научной публикации.
