Turbulence: One of the great unsolved mysteries of physics - Tomás Chor

Çeviri: Nihal Aksakal Gözden geçirme: Figen Ergürbüz

You’re on an airplane when you feel a sudden jolt.

Uçaktasınız ve ani bir sarsıntı hissediyorsunuz.

Outside your window nothing seems to be happening,

Pencerenizin dışında bir şey oluyor gibi görünmüyor

yet the plane continues to rattle you and your fellow passengers

fakat uçağınız türbülanslı havadan geçerken

as it passes through turbulent air in the atmosphere.

sizi ve diğer yolcuları sarsmaya devam ediyor.

Although it may not comfort you to hear it,

Bunu duymak sizi pek rahatlatmayabilir

this phenomenon is one of the prevailing mysteries of physics.

ancak bu olgu fiziğin başlıca gizemlerinden birisidir.

After more than a century of studying turbulence,

Türbülans konusunda yüzyıldan fazla çalıştıktan sonra

we’ve only come up with a few answers for how it works

son zamanlarda türbülansın nasıl oluştuğu

ve etrafımızdaki dünyaya etkileri konusunda birkaç cevap bulduk.

and affects the world around us.

And yet, turbulence is ubiquitous,

Türbülans hareketli akışkanları olan

hemen hemen tüm sistemlerde sık rastlanan bir şeydir.

springing up in virtually any system that has moving fluids.

That includes the airflow in your respiratory tract.

Buna solunum sisteminizdeki hava akımı da dâhildir.

The blood moving through your arteries.

Kan, atar damarlarınızdan geçerken de olur.

And the coffee in your cup, as you stir it.

Bardağınızdaki kahveyi karıştırırken de.

Clouds are governed by turbulence,

Bulutlar, kıyıya vuran dalgalar

as are waves crashing along the shore and the gusts of plasma in our sun.

ve güneşimizdeki plazmalar türbülanslar tarafından yönetilir.

Understanding precisely how this phenomenon works

Bu olgunun nasıl meydana geldiğini anlamak

would have a bearing on so many aspects of our lives.

hayatımızın birçok yönünü etkileyecektir.

Here’s what we do know.

Bildiklerimiz şunlar:

Liquids and gases usually have two types of motion:

Sıvıların ve gazların iki genel hareket tipleri vardır:

a laminar flow, which is stable and smooth;

sabit ve akıcı olan düzgün akım

and a turbulent flow, which is composed of seemingly unorganized swirls.

ve organize edilmemiş dönüşlerden oluşan karışık akım.

Imagine an incense stick.

Bir tütsü hayal edin.

The laminar flow of unruffled smoke at the base is steady and easy to predict.

Tabandaki durgun dumanın düzgün akışı sabit ve tahmin edilmesi kolaydır.

Closer to the top, however,

Ancak üste yaklaştıkça

the smoke accelerates, becomes unstable,

duman hızlanır, dengesizleşir

and the pattern of movement changes to something chaotic.

ve hareket şekli kaotik bir şeye dönüşür.

That’s turbulence in action,

Bu, hareket hâlindeki türbülanstır

and turbulent flows have certain characteristics in common.

ve türbülanslı akışların ortak özellikleri vardır.

Firstly, turbulence is always chaotic.

Öncelikle, türbülans hep kaotiktir.

That’s different from being random.

Rastgele olmasından farklı bir şey.

Rather, this means that turbulence is very sensitive to disruptions.

Aksine bu, türbülansın bozulmalara karşı çok hassas olduğu anlamına gelir.

A little nudge one way or the other

Bir şekilde biraz dürtmek ya da

will eventually turn into completely different results.

başka bir şey sonunda tamamen farklı sonuçlara dönüşecektir.

That makes it nearly impossible to predict what will happen,

Bu, bir sistemin şu anki durumu hakkında birçok bilgi olsa bile

even with a lot of information about the current state of a system.

ne olacağını tahmin etmeyi neredeyse imkânsız kılıyor.

Another important characteristic of turbulence

Türbülansın bir diğer önemli özelliği,

is the different scales of motion that these flows display.

bu akışların gösterdiği farklı ölçeklerdeki harekettir.

Turbulent flows have many differently-sized whirls called eddies,

Türbülanslı akışlar, farklı ebat ve şekillerde dönmeler gibi,

which are like vortices of different sizes and shapes.

girdaplar adı verilen, farklı boyutlarda birçok vortekse sahiptir.

All those differently-sized eddies interact with each other,

Bu farklı büyüklükteki tüm girdaplar birbirleriyle etkileşime girerek,

breaking up to become smaller and smaller

tüm hareketler ısıya dönüşene kadar küçülerek

until all that movement is transformed into heat,

“enerji kademesi” olarak adlandırılan bir süreçte

in a process called the “energy cascade."

birbirleriyle etkileşime giriyor.

So that’s how we recognize turbulence–

Bu şekilde türbülansı fark ederiz

but why does it happen?

ama türbülans neden meydana gelir?

In every flowing liquid or gas there are two opposing forces:

Akan her sıvı veya gazda iki karşıt güç vardır:

inertia and viscosity.

atalet ve viskozite.

Inertia is the tendency of fluids to keep moving,

Atalet, akışkanların hareket etmeye devam etme eğilimidir,

which causes instability.

bu da kararsızlığa neden olur.

Viscosity works against disruption,

Viskozite, bunun yerine akış laminerini yaparak

making the flow laminar instead.

bozulmaya karşı çalışır.

In thick fluids such as honey,

Bal gibi yoğun sıvılarda viskozite

viscosity almost always wins.

hemen hemen daima kazanır.

Less viscous substances like water or air are more prone to inertia,

Su veya hava gibi daha az viskoz maddeler,

türbülansa dönüşen dengesizlikler yaratan ataletlere daha yatkındır.

which creates instabilities that develop into turbulence.

We measure where a flow falls on that spectrum

Bir akışın atalet ile viskozite arasındaki oran olan

with something called the Reynolds number,

Reynolds sayısı olarak adlandırılan bir şeyle

which is the ratio between a flow’s inertia and its viscosity.

nerede olduğunu ölçeriz.

The higher the Reynolds number,

Reynolds sayısı ne kadar yüksekse

the more likely it is that turbulence will occur.

türbülansın oluşması o kadar olasıdır.

Honey being poured into a cup, for example,

Örneğin bir bardağa dökülen balın

has a Reynolds number of about 1.

Reynolds sayısı 1 civarındadır.

The same set up with water has a Reynolds number that’s closer to 10,000.

Su ile kurulan aynı sistem, 10.000'e yakın bir Reynolds sayısına sahiptir.

The Reynolds number is useful for understanding simple scenarios,

Reynolds sayısı basit senaryoları anlamak için kullanışlıdır

but it’s ineffective in many situations.

ancak birçok durumda etkisizdir.

For example, the motion of the atmosphere is significantly influenced

Örneğin, atmosferin hareketi, yer çekimi ve dünyanın dönüşünü

by factors including gravity and the earth’s rotation.

içeren faktörlerden önemli ölçüde etkilenir.

Or take relatively simple things like the drag on buildings and cars.

Veya binalar ve arabalar gibi nispeten basit şeyleri ele alalım.

We can model those thanks to many experiments and empirical evidence.

Bunları birçok deney ve deneysel kanıt sayesinde modelleyebiliriz.

But physicists want to be able to predict them through physical laws and equations

Ancak fizikçiler, gezegenlerin veya elektromanyetik alanların yörüngesini

as well as we can model the orbits of planets or electromagnetic fields.

modellemenin yanı sıra, fiziksel yasalar ve denklemlerle tahmin edebilmek istiyor.

Most scientists think that getting there will rely on statistics

Çoğu bilim insanı, bunu yapmanın istatistiklere

and increased computing power.

ve artırılmış bilgi işlem gücüne dayanacağına inanıyor.

Extremely high-speed computer simulations of turbulent flows

Türbülanslı akışların son derece yüksek hızlı bilgisayar simülasyonları,

could help us identify patterns that could lead to a theory

farklı durumlar arasındaki tahminleri organize eden ve birleştiren bir teoriye

that organizes and unifies predictions across different situations.

yol açabilecek kalıpları belirlememize yardımcı olabilir.

Other scientists think that the phenomenon is so complex

Diğer bilim insanları olgunun öyle karmaşık olduğunu düşünüyorlar ki

that such a full-fledged theory isn’t ever going to be possible.

böylesine tam teşekküllü bir teori asla mümkün olmayacak.

Hopefully we’ll reach a breakthrough,

Umarım, bir atılım gerçekleştiririz

because a true understanding of turbulence could have huge positive impacts.

çünkü gerçek bir türbülans anlayışı büyük olumlu etkilere neden olabilir.

That would include more efficient wind farms;

Bu, daha verimli rüzgâr santralleri;

the ability to better prepare for catastrophic weather events;

yıkıcı hava olaylarına daha iyi hazırlık yapabilme

or even the power to manipulate hurricanes away.

ve hatta kasırgaları manipüle etme gücü bile olabilir.

And, of course, smoother rides for millions of airline passengers.

Ve elbette, milyonlarca hava yolu yolcusu için daha sakin yolculuklar.