Amerikai matematikusok egy régóta foglalkoztató problémára találtak megoldást, amely már 125 éve foglalkoztatja a tudósokat. A New Scientist cikkéből kiderül, hogy a kutatóknak sikerült egyszerre egyetlen matematikai keretbe helyezni a folyadékok és azok egyik alkotóeleme, a részecskék mozgását.

Fizikai törvények összekapcsolása

Zaher Hani, a Michigani Egyetem kutatója és csapata kifejlesztett egy módszert, amely összekapcsolja a fizika három különböző szinten működő törvényét:

- Mikroszkopikus szinten Isaac Newton mozgástörvényei érvényesek az egyes részecskék esetében,

- Mezószkopikus szinten Ludwig Boltzmann statisztikai törvényei írják le a részecskecsoportok viselkedését,

- Makroszkopikus szinten pedig a Navier-Stokes-egyenlet modellezi a folyadékok mozgását.

Ezek a törvények eddig nem álltak össze teljes egységbe, de az új kutatási eredmények azt mutatják, hogy egyszerű út vezet Newton törvényeitől a Navier-Stokes-egyenletig. A kutatók Richard Feynman által kidolgozott diagramokra alapozva csökkentették a szükséges számítások mennyiségét, ami óriási lépés a fizika területén.

Történeti háttér

A probléma gyökerei az 1800-as évekig nyúlnak vissza, amikor Ludwig Boltzmann bemutatta statisztikai módszereit, amelyek hatékonyságát akkor még nem tudták igazolni. 1900-ban David Hilbert egy listát készített a legfontosabb fizikai problémákról, és hatodikként említette a folyadékok viselkedésének alsóbb matematikai axiómákból való levezethetőségét.

Új eredmények jelentősége

Benjamin Texier, a Lyon-i Egyetem kutatója szerint a probléma részleges megoldásai már régóta léteztek, ám az új eredmény valós megoldásnak számít, amely egyúttal Boltzmann eredeti intuícióját is megerősíti. Ez a legújabb bizonyítás alátámasztja a fizikusok több mint egy évszázados gondolkodását a folyadékok és gázok kapcsán, és szilárd matematikai fundamentumot ad mindehhez.

Jövőbeli kérdések

Yu Deng, a Chicagói Egyetem tudósa hangsúlyozta, hogy a kutatás legérdekesebb részét a legkisebb szintű jelenségek vizsgálata adja, különösen az, amikor a makroszkopikus egyenletek értelmüket vesztik. Ez a jelenség fontos lehet az óceánok és a légkör kutatásában. Benjamin Texier hangsúlyozta, hogy valódi áttörést értek el, de számos kérdés továbbra is megválaszolatlan marad.

Széles körű hatások

Az új felfedezés nemcsak a tudományos közösséget izgatja, hanem a szélesebb közönség számára is érdekes lehet, hiszen a folyadékok mozgásának pontosabb megértése számos iparágban, például az anyaggyártásban, az energetikában, és a környezetvédelmi technológiákban is fontos szerepet játszhat!