Рождение турбулентности

Снимок из космоса: ураган над Флоридой – типичный пример образования гигантского вихря в атмосфере.
Фото NASA

В Международном центре теоретической физики Абдуса Салама в Триесте (Италия) состоялась церемония вручения престижной международной награды - медали Дирака. Ее получили российский физик-теоретик, академик Владимир Захаров и американец Роберт Крайчнан.

Медаль Дирака - одна из самых престижных наград, которые научное сообщество присуждает лучшим своим представителям. В отличие от других научных наград медаль Дирака присуждается за выдающиеся достижения одновременно в двух научных дисциплинах - математике и физике. Она была учреждена по инициативе выдающегося теоретика, нобелевского лауреата Абдуса Салама в память об учителе, нобелевском лауреате Поле Морисе Дираке.

Первые присуждения медали Дирака состоялись в 1985 году. В списке награжденных этой медалью в разные годы были многие советские и российские ученые: Яков Зельдович, Яков Синай, Николай Боголюбов, Ефим Фрадкин, Людвиг Фаддеев, Александр Поляков. В этом году российская наука была вновь достойно представлена - медалью Дирака награжден академик Владимир Захаров. С 1993 по 2003 год он был директором одного из самых известных физических институтов России - Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау в Черноголовке. В Дираковский комитет, который и определяет лауреатов, входят нобелевские лауреаты, лауреаты премий Дирака и Вольфа, президент Папской академии наук.

Главная заслуга лауреатов этого года в том, что они ввели в теоретическую физику идею обратного каскада в турбулентности, то есть процесса объединения малых вихрей в один большой. Этот процесс представляется весьма удивительным, гораздо логичнее выглядит обратный ему распад большого вихря на малые. Сейчас уже экспериментально доказано, что подобная самоорганизация мелких вихрей действительно происходит в атмосфере для волн длиной 50-700 км.

Открытие явления обратного каскада энергии в турбулентности имеет очень большое значение для теории. Волны в разных средах бывают разные - от одного микрона в твердом теле до тысячи километров и более, а теория универсальна. Она применима и к астрофизике, и к твердому телу, и к жидкому гелию. Обратный каскад может проявляться при образовании волн во время штормов при морском волнении, в солнечной короне, в нелинейной оптике, при прохождении лазерных импульсов через среду, других процессах...

Владимир Захаров математически строго описал обратные каскады и для волн на воде, и для четвертого состояния вещества - высокотемпературной плазмы. А основные идеи были развиты еще в его кандидатской диссертации "Некоторые вопросы нелинейной теории волн на поверхности жидкости" (1966). Там описывалось новое явление - обратного каскада энергии в турбулентности. Это исследование превратилось в целое научное направление, которое развивается не только в нашей стране, но и за рубежом - в Англии, Израиле, Америке, Австралии, Ирландии. Не случайно, что академик Захаров входит в десятку наиболее цитируемых ученых России.

"Каждый физик-теоретик мечтает проверить свою теорию на эксперименте и убедиться, что она правильна, - подчеркивает Владимир Захаров. - Теория обратного каскада может быть максимально проверена на эксперименте, который ставит природа. Например, сейчас идея обратного каскада активно используется в разработке теории ветрового волнения на поверхности морей и океанов, например, чтобы объяснить, как возникают штормы, ураганы и тайфуны. Такую работу ведет группа из Института океанологии РАН им. П.П. Ширшова, которую я возглавляю. Эти исследования имеют колоссальное практическое значение: это прогнозы погоды, предсказание силы волнения для судовождения и функционирования нефтяных платформ".