Прорыв в изучении звуковой турбулентности благодаря современным видеокартам

Дата:

Поделиться:

scientificrussia.ru
Фото: scientificrussia.ru

Революционное исследование открыло новые возможности в изучении звуковой турбулентности благодаря использованию параллельных вычислений на видеокартах. Инновационный подход позволяет проводить сложнейшие расчеты на обычном персональном компьютере, что раньше требовало использования дорогостоящих суперкомпьютерных систем. Это достижение существенно расширяет горизонты в области метеорологии и астрофизики, позволяя точнее рассчитывать движение акустических волн во Вселенной. Результаты этого выдающегося исследования опубликованы в престижном научном издании Physical Review Letters.

Феномен турбулентности представляет собой захватывающее явление хаотического поведения различных сред — от жидкостей до нелинейных волн в физических системах. Это явление можно наблюдать в природе повсюду: от волнующейся под ветром поверхности океана до удивительных эффектов рассеивания лазерного света через оптические системы. Особенно интересное проявление турбулентности наблюдается в поведении звуковых волн, в частности, в уникальной среде сверхтекучего гелия.

В 70-е годы прошлого столетия отечественные исследователи выдвинули смелую гипотезу о возникновении звуковой турбулентности при значительных амплитудах звуковых волн. Эта теория оказалась применима к широкому спектру волновых явлений, включая магнитогидродинамические волны в атмосферах звезд и даже гравитационные волны ранней Вселенной. До недавнего времени точное моделирование распространения таких волн оставалось практически недостижимым из-за колоссальной вычислительной сложности.

Блестящий прорыв совершила группа ученых из ведущих российских научных центров, включая Сколтех, Институт электрофизики УрО РАН и ФИАН. Им удалось найти точное численное решение уравнения распространения звуковых волн в турбулентной среде, что стало убедительным подтверждением теоретических предположений полувековой давности.

Исследователи применили инновационный подход, задействовав возможности графических процессоров. Параллельные вычисления на четырех видеокартах в рамках одного компьютера позволили получить точные решения сложнейших уравнений. Этот метод оказался не только эффективнее, но и значительно экономичнее использования традиционных суперкомпьютерных систем.

Экспериментальная проверка решения проводилась на модели распространения звуковых волн в среде, аналогичной сверхтекучему гелию при сверхнизкой температуре около -270°C. Выбор этого удивительного вещества обусловлен его уникальными квантовыми свойствами — сверхтекучестью и сверхпроводимостью. Эти характеристики находят широкое применение в современных технологиях — от квантовых компьютеров до скоростных поездов на магнитной подушке.

Успешное подтверждение теории турбулентности для звуковых волн сравнимо по значимости с открытием периодической системы элементов. Теория волновой турбулентности выступает в роли универсальной системы, где каждый вид турбулентности подобен химическому элементу с четко определенными характеристиками. Практическое применение этой теории уже помогает совершенствовать метеорологические прогнозы и климатические модели.

Новаторское исследование природы турбулентности открывает захватывающие перспективы в различных областях физики. Особенно интересным представляется изучение океанических волн большой амплитуды, демонстрирующих удивительное сходство со звуковыми волнами. Феномен опрокидывания морских волн, напоминающий формирование акустической ударной волны, может стать ключом к пониманию механизмов возникновения турбулентности.

Руководитель исследования, доктор Евгений Кочурин, отмечает фундаментальную важность понимания турбулентности для современной физики. Успехи в этой области уже позволили значительно повысить точность метеорологических прогнозов. Следующим этапом станет изучение океанических волн высокой амплитуды, что может привести к новым открытиям в понимании природы турбулентных явлений.

Источник: scientificrussia.ru

Похожие статьи

Угрожающая солнечная вспышка обрушилась на светило

Мощная солнечная вспышка M76 зарегистрирована в группе пятен 39816 февраля 2025, 14:59Фото: nasa.govКолоссальная вспышка класса M7.6 внезапно прорвалась...

Прорыв в определении биологического возраста человека

Назван самый точный способ оценки биологического возрастаИсследовательская группа Университета штата Пенсильвания совершила важное открытие в области определения биологического...

Российские специалисты осуществили запуск новой космической техники

Успешный запуск современной ракеты "Союз-2.1в" с инновационными космическими аппаратами специального назначения состоялся с северного космодрома России. Министерство обороны...

Инновационный робот-попрыгунчик отправится исследовать южный полюс Луны

Китайская космическая программа демонстрирует впечатляющие успехи в лунных исследованиях с 2013 года. Серия миссий «Чанъэ» успешно изучила как...