Embora a ordem frequentemente se torne caótica, às vezes o inverso é verdadeiro. O fluido turbulento, por exemplo, tem uma tendência a formar espontaneamente um padrão arrumado: listras paralelas.
Embora os físicos tenham observado esse fenômeno experimentalmente, agora eles podem explicar por que isso acontece usando equações fundamentais da dinâmica de fluidos, aproximando-os um pouco mais do entendimento de por que as partículas se comportam dessa maneira.
No laboratório, quando um fluido é colocado entre duas placas paralelas que se movem em direções opostas uma da outra, seu fluxo se torna turbulento. Mas depois de um tempo, a turbulência começa a se suavizar em um padrão listrado. O que resulta é uma tela de linhas suaves e turbulentas correndo em ângulo com o fluxo (imagine leves ondas criadas pelo vento em um rio).
"Você obtém estrutura e ordem clara do movimento caótico da turbulência", disse o autor sênior Tobias Schneider, professor assistente da escola de engenharia do Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne. Esse comportamento "meio estranho e muito obscuro" "fascinou os cientistas por muito, muito tempo".
O físico Richard Feynman previu que a explicação deve estar oculta em equações fundamentais da dinâmica de fluidos, denominadas equações de Navier-Stokes.
Mas essas equações são muito difíceis de resolver e analisar, disse Schneider à Live Science. (Mostrar que as equações de Navier-Stokes ainda têm uma solução suave em todos os pontos para um fluido 3D é um dos problemas do prêmio do milênio de US $ 1 milhão.) Então, até este momento, ninguém sabia como as equações previam esse comportamento de formação de padrões. Schneider e sua equipe usaram uma combinação de métodos, incluindo simulações em computador e cálculos teóricos para encontrar um conjunto de "soluções muito especiais" para essas equações que descrevem matematicamente cada etapa da transição do caos para a ordem.
Em outras palavras, eles dividiram o comportamento caótico em seus blocos de construção não caóticos e encontraram soluções para cada pequeno pedaço. "O comportamento que observamos não é uma física misteriosa", disse Schneider. "De alguma forma, está escondido em equações padrão que descrevem o fluxo de fluidos".
Esse padrão é importante para entender porque mostra como o turbulento e o calmo, também conhecido como "fluxo laminar", competem entre si para determinar seu estado final, de acordo com um comunicado. Quando esse padrão ocorre, os fluxos turbulentos e laminares são iguais em força - sem que nenhum lado ganhe o cabo de guerra.
Mas esse padrão não é realmente visto em sistemas naturais, como turbulência no ar. Schneider observa que um padrão como esse seria "muito ruim" para o avião, porque teria que voar através de um andaime de linhas turbulentas e não turbulentas.
Em vez disso, o principal objetivo desse experimento era entender a física fundamental dos fluidos em um ambiente controlado, disse ele. Somente entendendo os movimentos muito simples dos fluidos, podemos começar a entender os sistemas mais complexos de turbulência que existem em todos os lugares ao nosso redor, desde o fluxo de ar em torno dos aviões até o interior dos oleodutos, acrescentou.
Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 23 de maio na revista Nature Communications.
