あなたはそれを来て見ていない:乱流の自発的な性質(You Didn’t See It Coming: the Spontaneous Nature of Turbulence)

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2024-03-12 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

日常的な小さな変化が、乱流の中で大きな影響を与えることがある。カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究者らは、分子の微細な動きすらも大規模なランダムパターンを引き起こす可能性があることを示した。これは「バタフライ効果」のより極端な版であり、物質の動きが予測可能であると考えられていたにもかかわらず、ランダム性が生じることを示している。この発見は、気象予報や天体物理学の研究にも影響を与える可能性がある。

<関連情報>

自然発生的な確率は、数回の渦の回転時間で熱ノイズさえも乱流の最大スケールまで増幅する Spontaneous Stochasticity Amplifies Even Thermal Noise to the Largest Scales of Turbulence in a Few Eddy Turnover Times

Dmytro Bandak, Alexei A. Mailybaev, Gregory L. Eyink, and Nigel Goldenfeld
Physical Review Letters  Published: 6 March 2024
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.104002

あなたはそれを来て見ていない:乱流の自発的な性質(You Didn’t See It Coming: the Spontaneous Nature of Turbulence)

ABSTRACT

How predictable are turbulent flows? Here, we use theoretical estimates and shell model simulations to argue that Eulerian spontaneous stochasticity, a manifestation of the nonuniqueness of the solutions to the Euler equation that is conjectured to occur in Navier-Stokes turbulence at high Reynolds numbers, leads to universal statistics at finite times, not just at infinite time as for standard chaos. These universal statistics are predictable, even though individual flow realizations are not. Any small-scale noise vanishing slowly enough with increasing Reynolds number can trigger spontaneous stochasticity, and here we show that thermal noise alone, in the absence of any larger disturbances, would suffice. If confirmed for Navier-Stokes turbulence, our findings would imply that intrinsic stochasticity of turbulent fluid motions at all scales can be triggered even by unavoidable molecular noise, with implications for modeling in engineering, climate, astrophysics, and cosmology.

0106流体工学1700応用理学一般
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