Jak chaos stvoří řád
Představte si bouři, ve které se náhle objeví dokonale rovná linie. Přesně takovou záhadu řeší astronomové, když pozorují magnetická pole ve vesmíru.
Tato pole jsou všude. Obklopují planety, vycházejí z hvězd, prostupují celé galaxie. Ovlivňují pohyb částic, mohou narušit elektrické sítě na Zemi a pomáhají formovat samotné galaxie.
Jenže je tu háček. Magnetická pole vznikají v turbulentním plazmatu – tedy v ionizovaném plynu. A turbulence je ze své podstaty chaotická. Jak z takového nepořádku vznikají velké, uspořádané struktury? To dlouho nedávalo smysl.
Sedmdesát let slepých uliček
Fyzici se snaží tento proces vysvětlit už přes sedmdesát let. Počítačové modely ale pořád vracely jen malá, neuspořádaná pole. Nic, co by odpovídalo skutečnosti.
Teorie a realita se prostě neshodovaly.
Obří simulace
Bindesh Tripathi a jeho tým z Wisconsinské univerzity v Madisonu se rozhodli pro radikální řešení. Místo dalších drobných úprav pustili do problému obrovský výpočetní výkon.
Použili 137 miliard bodů v trojrozměrné síti. Spustili devadesát různých scénářů. Celkem spotřebovali téměř 100 milionů procesorových hodin a vygenerovali čtvrt petabajtu dat.
Klíč byl v pohybu
Výsledky ukázaly něco překvapivě jednoduchého. Stačilo zohlednit rozdíly v rychlosti – takzvané gradienty rychlosti.
Když se některé části plazmatu pohybují rychleji než jiné, vzniká napětí. Tento jev se děje uvnitř Slunce, při srážkách neutronových hvězd i na mnoha dalších místech ve vesmíru.
Tým do simulací přidal právě tento faktor a udržoval ho po celou dobu běhu. Výsledek byl jasný: z počátečního chaosu se postupně vytvořila velká, uspořádaná magnetická pole.
Když gradient rychlosti chyběl, nic se nestalo. Pole zůstala malá a neuspořádaná.
Proč na tom záleží
Porozumění tomuto mechanismu pomůže předpovídat kosmické počasí, lépe chápat chování černých děr nebo procesy uvnitř hvězd. A také vysvětlit, co se děje při srážkách neutronových hvězd.
Teorie, která sedí
Nejzajímavější je, že nový model odpovídá i starším laboratorním experimentům z roku 2012. Ty ukazovaly chování magnetických polí, které tehdejší teorie nedokázaly vysvětlit.
Teď se dílky skládají dohromady.
Prosté vysvětlení
Sedmdesát let hledali fyzici složité odpovědi. Nakonec stačilo všimnout si něčeho, co bylo před očima celou dobu – že věci ve vesmíru se nepohybují stejnou rychlostí.
Někdy není potřeba objevovat něco nového. Stačí lépe porozumět tomu, co už známe.