Kvantová turbulence

Turbulence hraje významnou roli v každodenním životě a můze být pozorována v obrovském rozsahu délkových měřítek - od molekulárních po kosmologické škály. K lepšímu obecnému pochopení turbulence může také vést i studium kvantové tubulence. Úkol porozumět turbulenci je však nesmírně obtížný, ale jeho splnění bude mít dalekosáhlé důsledky pro další výzkum a technologii, neboť s turbulentními projevy se setkáváme v celé řadě fyzikálních systémů. Důsledky turbulentního proudění jsou pozorovatelné například v zemské atmosféře, v oceánech, anebo jednoduše ve vodě vytékající z kohoutku.

I když je rotace rychlosti (tzv. vířivost) v supratekutých tekutinách nulová, mohou v nich existovat víry. Narozdíl od klasických tekutin mají tyto víry stejnou (kvantovanou) cirkulaci (uzavřený křivkový inegrál rychlosti kolem jádra víru), tedy všechny víry v supratekuté tekutině jsou do jisté míry stejné. Kvantované víry se mohou zamotávat do sebe a často tak vytvářejí komplikované struktury, které vedou ke komplexnímu proudění supratekuté složky, jež se nazývá kvantová turbulence. Zajímavé a doposud ne zcela pochopené jsou procesy nukleace kvantovaných vírů, časového vývoje vírového klubka a rozpadu kvantové tubulence bez přítomnosti viskozity.

Navzdory intenzivní snaze výzkumníků, charatekrizace turbulence je dodnes velmi obtížná. Jak jednou řekl Richard Feynman: “Turbulence is the last great unsolved problem of classical physics.” Největším problémem v porozumění turbulence je její neuvěřitelná komplexita. Tento problém perfektně popsal v roce 1932 Horace Lamb, který ve svém projevu před Britskou věděckou asociací přednesl: “I am an old man now, and when I die and go to heaven there are two matters on which I hope for enlightenment. One is quantum electrodynamics and the other is the turbulent motion of fluids. And about the former, I am rather optimistic.