有了正确的物理原理，就有可能以精确的精度将一盒电路炸穿太阳系，到达遥远世界的一角。
但是，在茶中搅拌一点牛奶，物理学家能做的最好的事情就是大胆猜测一下您会在饮料中看到的旋转模式。
就科学而言，流体确实是混乱的元素，但一种计算其运动的新方法很快就会使其流动变得更加可预测。
科学家不仅可以利用它来提高我们对流体动力学的理解，而且可以使从天气预报到车辆设计的一切变得更加准确。
佐治亚理工学院的物理学家已经证明，识别湍流反映可测量模式的时刻是可能的，从而有效地在混乱中发现数学规定的秩序的闪烁。
“近一个世纪以来，湍流在统计上一直被描述为随机过程，”说佐治亚理工学院物理学家罗曼·格里戈里耶夫。
“我们的结果提供了第一个实验说明，在适当短的时间尺度上，湍流动力学是确定性的，并将其与潜在的确定性控制方程联系起来。”
湍流很难预测很大程度上是因为流体中形成小漩涡或涡流的方式。当物质在平滑的水流中沿直线流动时，很容易预测其速度和轨迹。如果水流中的任何路径变得缓慢，可能是由于沿着流动性较小的表面被拖动，流体将卷曲回自身。
每出现一个新的卷流，就会形成一个新的表面，从而产生新的涡流。
更复杂的是，每个漩涡的行为都会受到从压力到粘度等多种因素的影响，很快就会形成茶杯里的暴风雨，任何计算机都无法追踪。
走近一看，一切都显得那么随意。退后一步，统计数据清楚地表明，整个过程仍然牢牢地植根于控制宇宙中所有其他移动物体的相同旧规则中。
“湍流可以被认为是一辆汽车沿着一系列道路行驶，”说格里戈里耶夫。
“也许更好的比喻是一列火车，它不仅按照规定的时刻表沿着铁路行驶，而且与它所行驶的铁路具有相同的形状。”
就像我们的类比铁路一样，可以通过数值模拟或物理模型来描述湍流。正如火车时刻表有助于让您准时上班一样，如果您想要可靠的预测，坚持使用数学方法来处理湍流是唯一的方法。
不幸的是，所有这些数字都会很快加起来，导致计算成本高昂。
为了看看是否有一种方法可以简化预测，研究小组设置了一个具有透明壁和含有微小荧光颗粒的液体的水箱。在一对独立旋转的圆柱体之间引导流体并跟踪发光的内容物就像实时观看火车驶过车站一样。
然而，研究人员实际上需要首先制定时间表，看看哪些与他们所看到的相似。
这样做涉及到计算解决方案一组方程近200年前发明的。通过将实验与数学结果结合起来，研究小组可以识别何时出现称为相干结构的特定湍流模式。
虽然它们经常出现在移动的流体中，但相干结构的时间是不可预测的。在这种特殊的设置中，相干结构遵循由两个频率组成的准周期模式——一个频率围绕流动的对称轴倾斜，另一个频率基于周围电流的另一组变化。
尽管它并不完全是一组可以描述所有形式的湍流的简单方程，但它确实证明了相干结构在使湍流更可预测方面可以发挥的作用。
通过扩展这项工作，未来的研究可以使他们的湍流“时间表”更加动态，比统计平均值更详细地描述它们。
“它可以使我们能够显着提高天气预报的准确性，最值得注意的是，能够预测飓风和龙卷风等极端事件，”说格里戈里耶夫。
“动态框架对于我们设计具有所需特性的流动的能力也至关重要，例如，减少车辆周围的阻力以提高燃油效率，或增强质量运输以帮助在新兴的直接空气捕获行业中从大气中去除更多二氧化碳。”
它甚至可能最终告诉您在下一杯茶中会看到什么。
这项研究发表于美国国家科学院院刊。
