Чтобы понять турбулентность, нам нужна интуиция искусства.
Когда немецкий физик Арнольд Зоммерфельд в 1923 году присвоил своему самому лучшему ученику предмет для докторской диссертации, он признался, что "я бы никому из моих учеников не предложил тему такой трудности". Среди других были такие гении, как Вольфганг Паули и Ганс Бете, но для Зоммерфельда единственным, кто был в состоянии справиться с этой задачей, был Вернер Гейзенберг.
Гейзенберг продолжал быть ключевым основателем квантовой теории и был удостоен Нобелевской премии по физике 1932 года. Он разработал одно из первых математических описаний этой новой и революционной дисциплины, открыл принцип неопределенности и вместе с Нильсом Бором разработал "Копенгагенскую интерпретацию" квантовой теории, которой многие физики придерживаются и по сей день.
Однако предметом докторской диссертации Гейзенберга была не квантовая физика. Это было труднее. 59-страничный расчет, который он представил на факультете Мюнхенского университета в 1923 году был озаглавлен "О стабильности и турбулентности потока жидкости".
С Зоммерфельдом связалась мюнхенская компания "Изар", которая заключила контракт на предотвращение затопления реки Изар путем строительства ее берегов. Компания хотела знать, в какой момент речной сток изменился с плавного (технический термин "ламинарный") на турбулентный, отягощенный вихрями. Этот вопрос требует некоторого понимания того, что такое турбулентность. Работа Гейзенберга над этой проблемой была впечатляющей - он решил математические уравнения течения в точке ламинарного перехода к турбулентности, что стимулировало идеи на десятилетия вперед. Но на самом деле он не смог полностью изучить этот вопрос - он не смог построить всеобъемлющую теорию турбулентности.
Гейзенбергу не был излишне скромным, но, похоже, он не питал иллюзий о своих достижениях в этом вопросе. Одна популярная история гласит, что однажды он сказал: "Когда я встречусь с Богом, я задам ему два вопроса". Почему относительность? И почему турбулентность? Я действительно верю, что у него будет ответ на первый."
Наверное, это апокрифическая сказка. То же самое было приписано, по крайней мере, еще одному человеку: Британский математик и эксперт по потокам жидкостей, Хорас Ламб, как говорят, надеялся, что Бог может просветить его по квантовой электродинамике и турбулентности, сказав "о первом я довольно оптимистичен".
Вы понимаете: турбулентность, вездесущая и в высшей степени практическая проблема в реальном мире, её пугающе трудно понять. Спустя почти столетие после Гейзенберга ученые до сих пор пытаются ее понять. И это все еще передовая проблема: Российский математик Яков Синай в 2014 году стал лауреатом Абелевской премии по математике, часто рассматриваемой как Нобелевская премия по математике, - в частности, за его работы по турбулентности и хаотическому течению.
Однако я предлагаю, чтобы полностью артикулировать и понять турбулентность, необходимо добавить к детальному анализу науки интуитивную, созерцательную перспективу искусства. Между искусством и наукой существует давний диалог по этой неуловимой проблеме. Не случайно наука о турбулентности часто вынуждена отступать на описательный счет, в то время как искусство иногда напоминает квазинаучный сбор данных и идеализацию формы: поиск закономерностей. Закономерностей, лежащих в основе.
Взаимодействие этих двух точек зрения может усилить обе. Интуиция турбулентного потока может послужить математику и инженеру, в то время как тщательное наблюдение и даже эксперимент могут принести пользу художнику. Ученые склонны рассматривать турбулентность как форму "сложности", полутехнический термин, который просто говорит нам о том, что происходит многое, и что все зависит от всего остального. Редукционистский подход при этом имеет свои пределы. Но вместо того, чтобы рассматривать турбулентность как явление, ожидающее полного математического описания, мы должны рассматривать её как одно из тех понятий, как жизнь, любовь, язык и красота, которые пересекаются с наукой, но не полностью заключены в ней. Турбулентность необходимо пережить, чтобы ее понять.
Часть 2