De thermodynamische entropie van de Euler-stroom blijft constant, volgens de regels van de thermodynamica. Prof. Mahendra Verma en onderzoeker Soumyadeep Chatterjee van het Departement Natuurkunde, IIT Kanpur, introduceerde ‘hydrodynamische entropie’ als maatstaf voor de orde in een meerschalig systeem zonder evenwicht, zoals hydrodynamische en astrofysische systemen, en paste dit toe op turbulentie.
Ze ontdekten dat 2D Euler-stroming, of stroming zonder viscositeit, van wanorde naar orde evolueert. In deze studie zijn analytische argumenten en precieze numerieke simulaties gebruikt, die inzichtelijke informatie bieden die de manier kunnen verbeteren waarop wetenschappers cruciaal belangrijke fundamentele onderwerpen benaderen, zoals de evolutie van orde tot wanorde, de tweede wet van de thermodynamicaen thermalisatie, het proces waarmee fysieke processen thermisch evenwicht bereiken.
De tweedimensionale Euler-stroom verandert van orde in wanorde, en het systeem is uit evenwicht vanwege een intrigerende energie-uitwisseling tussen de stroomstructuren die de precieze energiebalans schendt. Het niet-evenwichtsgedrag van 2D Euler-turbulentie wordt veroorzaakt door een omgekeerde cascade van energie.
Met behulp van hydrodynamische entropie voor Euler-turbulentie hebben wetenschappers aangetoond dat de hydrodynamische entropie van de 2D Euler-stroming met de tijd afneemt tijdens het naderen van de asymptotische toestand. Het duo heeft ook ontdekt dat de uiteindelijke toestand van de stroom in belangrijke mate afhangt van de begintoestand.
De bevindingen illustreren dat het geïsoleerde dynamische systeem op macroscopische schaal kan evolueren van wanorde naar orde en dat het nodig is voorzichtig te zijn met algemene beweringen over de ‘evolutie van orde naar wanorde’ in welk systeem dan ook. Op basis van hun bevindingen geloven Prof. Verma en Dhr. Chatterjee dat een soortgelijke evolutie kan optreden in zelf-zwaartekrachtsystemen.
Volgens wetenschapperskan hydrodynamische entropie nuttig zijn voor het kwantificeren van de orde in biologische, hydrodynamische, astrofysische, ecologische en economische systemen.
Journal Reference:
- Mahendra K. Verma en Soumyadeep Chatterjee. Hydrodynamische entropie en het ontstaan van orde in tweedimensionale Euler-turbulentie. Physical Review Fluids. Jaargang 7. November 2022. Artikelnr: 114608. DOI: 10.1103/PhysRevFluids.7.114608
