Solar blusser, bobleringe, og blæklysekroner

Ingeniører fra Caltech har genereret en computersimulering af undervandsbobleringe, der er så realistiske, at det næsten ikke kan skelnes fra en video af den ægte vare. Pointen med forskningen, imidlertid, ligger langt ud over at skabe næste generations computergrafik. I stedet, dets udviklere håber, at simuleringen kan kaste lys over den matematik og kræfter, der styrer sådanne fænomener.

"Når vi laver disse abstraktioner, vi vil stadig fange en grundlæggende sandhed om universet, "siger Peter Schröder, Shaler Arthur Hanisch Professor i datalogi og anvendt og beregningsmatematik i afdelingen for teknik og anvendt videnskab, hvis team byggede simuleringen.

Bobleringe ses oftest i onlinevideoer skabt af dykkere, der puster ringene ud på en måde, der ligner rygere, der blæser røgringe. Schröders team simulerede to undervandsringe af luft, der fusionerede og derefter knækkede fra hinanden igen. De vil præsentere deres arbejde på den internationale konference og udstilling om computergrafik og interaktive teknikker (SIGGRAPH), afholdes i Los Angeles fra 28. juli til 1. august.

Projektet begyndte med et forsøg på bedre at forstå solfakkel, som er enorme sløjfer af plasma, der blæser ud fra solens overflade. Oprettelsen og væksten af ​​solblusser styres af en række komplekse kræfter (f.eks. solens stærke magnetfelt), der gør modellering og forståelse af dem vanskelige, Siger Schröder.

På grund af problemets kompleksitet, Schröders team sluttede med at bryde det i mindre individuelle stykker. "Hvis du ser på videoer af solen og udbrud på overfladen af ​​solen, du kan se disse store buer af det, der kaldes flux reb, "Schröder siger." De vrider sig og tænder derefter på sig selv, og der er voldelige begivenheder, hvor sløjfen løber ind i sig selv. Dette ligner lidt, når to hvirvelfilamenter - to bobleringe - mødes. Der er en meget voldsom reaktion, hvor de smelter sammen, eller et afsnit bliver klemt af, med bølger, der rejser langs bobleringen. "

En lignende, men blidere version kan oprettes ved at tabe blæk i vand. Blækket danner en snoet donutform, der derefter forgrener sig til det, der kaldes blæklysekroner.

Solar blusser, bobleringe, og blæklysekroner deler alle en ting til fælles:vridning, flydende doughnut-lignende former, der roterer omkring en midterlinje. Dermed, effektivt modellering af et af fænomenerne bør give delvis indsigt i de andre, Siger Schröder.

"Håbet med vores arbejde er at give geometrisk indsigt. Vi ser altid på tingenes geometri og deres adfærd - i dette tilfælde, vi kigger på geometrien i denne midterkurve for bobleringen, der rejser, og ændringerne i dens tykkelse, " han siger.

For at måle, hvor tæt hans computersimuleringer modellerer virkeligheden, Schröder sammenligner dem side om side med videoer af den ægte vare. Selvom han ikke har alle mulige variabler fastgjort perfekt, hvis de to videoer stort set ikke kan skelnes, han gør sikkert noget rigtigt.

"Nu, vi har en visuel sammenligning, fordi der ikke er nogen måde at sige, "Wow, du har det helt rigtigt. "Det er for kompliceret at verificere kvantitativt; der er for mange variabler. Men når du ser visualiseringen, øjet vil sige, "Ja, dette er en kamp, "" han siger. "Jeg inviterer nogen til at se på det og fortælle mig, om de synes, det er et match. Vi har det ret godt med det."

Denne kvalitative - snarere end kvantitative - analyse kan virke upræcis efter en matematikers standarder, men det har ført til nogle vidunderlige "a-ha" øjeblikke for Schröder, når computersimuleringen ser så realistisk ud, at han kan være sikker på, at den matematik, han brugte til at bygge den, er dem, der styrer virkelige fænomener.

"Det, der driver mig, er at finde disse smukke beskrivelser af noget, der ser frygteligt kompliceret ud, men kan reduceres til et par matematiske nøglebegreber. Så følger resten bare derfra. Der er skønhed i at se, at et meget simpelt princip pludselig giver anledning til det komplekse udseende, vi opfatter, "Siger Schröder.