Eulerin virtauksen termodynaaminen entropia pysyy vakiona termodynamiikan sääntöjä noudattaen. Prof. Mahendra Verma ja tutkija Soumyadeep Chatterjee fysiikan laitokselta, IIT Kanpur, esitteli "hydrodynaamisen entropian" järjestyksen mittana monimittaisessa, epätasapainoisessa järjestelmässä, kuten hydrodynaamisissa ja astrofysikaalisissa järjestelmissä, ja sovelsi sitä turbulenssiin.
He havaitsivat, että 2D Euler-virtaus tai virtaus ilman viskositeettia etenee häiriöstä järjestykseen. Tässä tutkimuksessa käytettiin analyyttisiä argumentteja ja tarkkoja numeerisia simulaatioita, jotka tarjoavat oivaltavaa tietoa, joka voi parantaa sitä, miten tutkijat lähestyvät ratkaisevan tärkeitä perusaiheita, kuten järjestystä häiriön evoluutioon, toinen termodynamiikan lakija lämpökäsittely, prosessi, jolla fysikaaliset prosessit saavuttavat lämpötasapainon.
Kaksiulotteinen Euler-virtaus muuttuu järjestyksestä häiriöksi, ja järjestelmä on poissa tasapainosta virtausrakenteiden välisen kiehtovan energianvaihdon vuoksi, joka rikkoo tarkkaa energiatasapainoa. 2D Euler-turbulenssin epätasapainoinen käyttäytyminen johtuu käänteisestä energiakaskadista.
Käyttämällä hydrodynaamista entropiaa Euler-turbulenssiin tutkijat ovat osoittaneet, että 2D-Euler-virran hydrodynaaminen entropia pienenee ajan myötä sen lähestyessä asymptoottista tilaa. Kaksikko on myös havainnut, että virtauksen lopullinen tila riippuu kriittisesti alkutilasta.
Tulokset osoittavat, että eristetty dynaaminen järjestelmä voi kehittyä häiriöstä järjestykseen makroskooppisessa mittakaavassa ja että on oltava varovainen yleisten väitteiden suhteen, jotka koskevat "evoluutiota järjestyksestä häiriöksi" missä tahansa järjestelmässä. Löytöidensä perusteella professori Verma ja Mr. Chatterjee uskovat, että samanlainen kehitys voi tapahtua itsegravitaatiojärjestelmissä.
Tutkijoiden mukaan, hydrodynaaminen entropia voi olla hyödyllinen järjestyksen kvantifiointiin biologisissa, hydrodynaamisissa, astrofysikaalisissa, ekologisissa ja taloudellisissa järjestelmissä.
Lehden viite:
- Mahendra K. Verma ja Soumyadeep Chatterjee. Hydrodynaaminen entropia ja järjestyksen syntyminen kaksiulotteisessa Euler-turbulenssissa. Fyysinen tarkastelu Nesteet. Osa 7, marraskuu 2022. Tuotenumero: 114608. DOI: 10.1103/PhysRevFluids.7.114608
