Forskere rapporterer ny forståelse af energisvingninger i væsker

Casimir Force er en velkendt effekt, der stammer fra kvantesvingninger i elektromagnetiske felter i et vakuum. Nu har en international gruppe forskere rapporteret et modspil til den teori, tilføjer til forståelsen af ​​energisvingninger inden for væsker.

Ultimativt, sagde Rodolfo Ostilla-Mónico, målet er at anvende resultaterne for bedre at forstå bakteriers og andre organismeres kollektive adfærd. Ostilla-Mónico, adjunkt i maskinteknik ved University of Houston, er medforfatter til et papir, der beskriver opdagelsen, udgivet fredag ​​i Videnskab fremskridt .

Den sædvanlige effekt af Casimirstyrken er godt forstået, Sagde Ostilla-Mónico. "Dette er en analog til denne kraft i et ikke-kvantesystem. Vi er især interesseret i de biologiske konsekvenser."

Ud over Ostilla-Mónico, forskere, der er involveret i projektet, omfatter Daniel Putt, en kandidatstuderende ved UH; Vamsi Spandan fra Harvard University; og Alpha A. Lee fra University of Cambridge.

Værket bygger på Casimirstyrken, et af fysikkens styrende principper, der beskriver en kraft, der stammer fra de uendelige elektromagnetiske bølger, der findes i et vakuum. Det tyder på, at et vakuum, frem for at være tom, er fyldt med energi, og dette demonstreres ved at måle kraften, da to plader i vakuumet tiltrækkes og bevæger sig tættere på hinanden, fordi de begrænser udsvingene i det elektromagnetiske felt. Den hollandske fysiker Hendrick Casimir forudsagde virkningen første gang i 1948.

Det nuværende arbejde fokuserede på samme måde på undersøgelsen af ​​fluktuationsinduceret kraft mellem to plader; i dette tilfælde var pladerne nedsænket i isotrop turbulens, et scenario, hvor turbulente udsving er de samme i alle retninger. Det var designet til at illustrere, hvordan hydrodynamisk turbulens genererer kraft mellem objekter, selv når strømmen ikke har nogen foretrukken retning.

Arbejdet, forskerne skrev, "kaster lys over, hvordan længdeskalaafhængige energifordelinger og vortexstrukturer med høj intensitet bestemmer Casimir-kræfter."

Ostilla-Mónico sagde, at de var i stand til at kvantificere, at Casimir-styrker er afhængige af specifikke parametre, herunder turbulens og placering af pladerne.

Resultaterne har konsekvenser for mikro- og nanofremstilling, men Ostilla-Mónico sagde, at arbejdet voksede ud af forskernes interesse for at lære mere om bakteriers adfærd. Bakterier er mere komplekse at studere, selv beregningsmæssigt, men de fastslog, at studiet af turbulens ville tilbyde nogle paralleller, fordi både kontinuerligt forbruger energi og genererer lignende flowfelter.

"Turbulens har brug for energi for at fortsætte, "sagde han." Bakterier skal konstant fodres for at blive ved med at bevæge sig. "