Bilim insanları, hareket halindeki su, okyanus akıntıları, kimyasal tepkiler, kan akışı, fırtına bulutları, duman bulutları ve hatta yıldızların plazması üzere akışkanlarda gözlemlenen doğal bir fenomen olan türbülansın biçimini ve yapısını anlamada ileriye gerçek bir adım attılar.
Türbülanslı akış kaotik ve sistemsiz olsa da, bir akışkanın hareketi daha büyük girdapların yahut anaforların oluşmasına ve daha küçük olanlara ayrılmasına neden olduğundan, fizikçiler uzun vakittir matematiksel denklemler ve bilgisayarlar kullanarak süreci incelemeye ve modellemeye çalıştılar. Bununla birlikte, çağdaş üstün bilgisayarlarla bile, en kolay türbülanslı akışlar hariç hepsinin direkt ve yanlışsız bir simülasyonuna ulaşılamamakta ve türbülansın tam olarak anlaşılması yaklaşık 200 yıldır araştırmacıları atlattı.
Şimdi, bilim insanlarından oluşan milletlerarası bir takım, Science Advances mecmuasında 29 Ocak’ta yayınlanan bir çalışmada açıklanan, kuantum hesaplamadan esinlenen bir sistemi kullanan türbülans simülasyonuna yönelik yeni bir yaklaşıma öncülük etti.
Oxford Üniversitesi Fizik Kısmı’nda araştırmacı olan çalışmanın baş müellifi Nik Gourianov, bu fenomeni yanlışsız bir formda modelleme ve kestirim etme maharetinin bilim ve mühendislikte birçok pratik uygulamaya sahip olabileceğini, potansiyel olarak uçakların, otomobillerin, pervanelerin, yapay kalplerin dizaynını geliştirebileceğini ve hava varsayımlarını daha yanlışsız hale getirebileceğini söyledi.
“İLERLEMELER, SORUNU PARÇALIYOR”
Gourianov, “Türbülans, bilgisayarlarda gerçekçi akışları tam olarak simüle edemediğimiz, yani bir uçak kanadı tasarlamak için hala bir rüzgar tüneline muhtaçlığımız olduğu manasında çözülmemiş bir meseleydi ve hala da o denli. Lakin bizimki üzere ilerlemeler sorunu ‘parçalıyor’ ve sonu zorluyor” dedi.
Gourianov, türbülansı simüle etmeye yönelik evvelki yaklaşımların birçoklarının, muhakkak bir başlangıç şartları kümesiyle her vakit tıpkı sonuçları üreten deterministik bir stratejiye dayandığını açıkladı. Bunun yerine, yeni araştırma türbülanstaki dalgalanmaları olasılıksal olarak modelledi, bu da rastgele varyasyonu dikkate alan bir yaklaşım.
Çalışmanın ortaya koyduğu yeni tekniğin hesaplama avantajının, bilimsel araştırma için türbülans fiziğinin daha evvel erişilemeyen yeni alanlarını açtığını, lakin bulguların türbülansın gizeminin nitekim çözüldüğü manasına gelmediğini söyleyen Gourianov, bunun için, şu anda mevcut olanlara kıyasla büyük ölçüde yeni algoritmalar yahut bilgisayar donanımı gerekeceğini söyledi.
Gourianov, “Birçok bilim insanı bu meseleye eğildi, fakat hâlâ çözmeye yakın bile değiliz” sözlerini kullandı.
Ekip, türbülanslı akışlara kuantum hesaplamadan esinlenen bir algoritma uygulayarak, klasik bir algoritmanın tüm bir üstün bilgisayarda birkaç günde yapabileceği süreci birkaç saatte hesaplamalarını sağladı.
Çalışmanın müellifleri, bir kuantum sistemini simüle etmek için kullanılabilecek tensör ağları ismi verilen matematiksel bir araç kullandılar.
“HEYECAN VERİCİ BİR GELİŞME”
New Jersey’deki Princeton Üniversitesi’nde astrofizik bilimleri kısmında doktora sonrası araştırma vazifelisi ve araştırmacı olan James Beattie, çok sayıda değişken içeren dataları daha kolay bir formda temsil ederek, takımın türbülansı anlamaya başlamak için gerekli karmaşık hesaplamaları hızlandırabildiğini söyledi.
“Çalıştırdıkları simülasyon, iki farklı kimyasalın karıştığı ve tepkiye girdiği bir akışkan simülasyonu. Bu temsili kullanarak, bu hayli karmaşık hesaplamanın kıymetli ölçüde daha az bellek kullanabileceği ve bir dizüstü bilgisayarda çalıştırılabileceği manasına geliyor. Bu cins ilerlemelere (belleğin bir milyon kat daha âlâ kullanılması ve hesaplamada bin kat hızlanma) nadiren rastlanır; bu da türbülans modellemesinde heyecan verici bir gelişme.”
Türbülans, fizikte çözülmemiş en eski sorun olarak tanımlanmaktadır.
Alman teorik fizikçi Werner Heisenberg’in vefat döşeğinde şöyle dediği sav edilir:
“Tanrı’yla karşılaştığımda ona iki soru soracağım: Neden görelilik? Ve neden türbülans? Birincisi için bir karşılığı olacağına hakikaten inanıyorum.”
