Die thermodynamische Entropie der Euler-Strömung bleibt gemäß den Regeln der Thermodynamik konstant. Prof. Mahendra Verma und Forscher Soumyadeep Chatterjee vom Fachbereich Physik, IIT Kanpur, führte die „hydrodynamische Entropie“ als Maß für die Ordnung in einem mehrskaligen Nichtgleichgewichtssystem wie hydrodynamischen und astrophysikalischen Systemen ein und wandte sie auf Turbulenzen an.
Sie fanden heraus, dass der 2D-Euler-Fluss, also ein Fluss ohne Viskosität, von der Unordnung zur Ordnung übergeht. In dieser Studie wurden analytische Argumente und präzise numerische Simulationen verwendet, die aufschlussreiche Informationen liefern, die die Herangehensweise von Wissenschaftlern an entscheidende grundlegende Themen wie die Evolution von Ordnung bis Unordnung verbessern können zweiter Hauptsatz der Thermodynamikund Thermalisierung, der Prozess, durch den physikalische Prozesse ein thermisches Gleichgewicht erreichen.
Der zweidimensionale Euler-Fluss wechselt von Ordnung zu Unordnung, und das System gerät aufgrund eines interessanten Energieaustauschs zwischen den Strömungsstrukturen, der das genaue Energiegleichgewicht stört, aus dem Gleichgewicht. Das Nichtgleichgewichtsverhalten der 2D-Euler-Turbulenz wird durch eine inverse Energiekaskade verursacht.
Mithilfe der hydrodynamischen Entropie der Euler-Turbulenz haben Wissenschaftler gezeigt, dass die hydrodynamische Entropie der 2D-Euler-Strömung mit der Zeit abnimmt, während sie sich dem asymptotischen Zustand nähert. Das Duo hat außerdem herausgefunden, dass der Endzustand der Strömung entscheidend vom Anfangszustand abhängt.
Die Ergebnisse verdeutlichen, dass sich das isolierte dynamische System auf makroskopischen Skalen von Unordnung zu Ordnung entwickeln kann und dass bei allgemeinen Behauptungen über die „Entwicklung von Ordnung zu Unordnung“ in jedem System Vorsicht geboten ist. Basierend auf ihren Erkenntnissen glauben Prof. Verma und Herr Chatterjee, dass eine ähnliche Entwicklung in selbstgravitierenden Systemen stattfinden könnte.
Laut WissenschaftlernDie hydrodynamische Entropie kann zur Quantifizierung der Ordnung in biologischen, hydrodynamischen, astrophysikalischen, ökologischen und wirtschaftlichen Systemen nützlich sein.
Journal Referenz:
- Mahendra K. Verma und Soumyadeep Chatterjee. Hydrodynamische Entropie und Ordnungsentstehung in zweidimensionalen Euler-Turbulenzen. Physikalische Überprüfungsflüssigkeiten. Band 7. November 2022. Artikel-Nr.: 114608. DOI: 10.1103/PhysRevFluids.7.114608
