Turbulenzen: Computersimulationen zeigen Ordnung im Chaos

Das Rätsel Turbulenz ist nach wie vor ungelöst. Doch ein internationales Wissenschaftlerteam hat mithilfe von Simulationen auf dem Jülicher Superrechner JUQUEEN eine Gesetzmäßigkeit gefunden, mit der sich möglicherweise eine allgemeine Ordnung in den scheinbar chaotischen turbulenten Strömungen nachweisen lässt. Turbulenzen gelten als eines der hartnäckigsten Probleme der klassischen Physik. Dabei ist das Phänomen im Alltag allgegenwärtig: Tornados, Wasserwirbel, Düsentriebwerke oder einfach nur das Auflösen von Milch im Kaffee sind dafür bekannte Beispiele.

Turbulenzen setzen sich aus Wirbeln zusammen. Im Laufe der Zeit – so viel ist bekannt – zerfallen sie in immer kleinere Wirbel, bis die Bewegungsenergie am Ende einer Abwärtskaskade durch Reibung in Wärme umgewandelt wird. Statt auf die Wirbel selbst zu schauen, konzentrierte sich das Team um Prof. Jörg Schumacher von der Technischen Universität Ilmenau auf sehr feine Scherschichten zwischen den Wirbeln. Im direkten Vergleich dreier turbulenter Strömungen stellten sie stets die gleichen statistischen Gesetze für die Fluktuationen eben dieser feinen Scherschichten fest.