Turbulência: cientistas avançam no estudo sobre problema mais antigo da física

A turbulência é caracterizada pela grande quantidade de redemoinhos interagindo de maneiras entrelaçadas e não lineares, dentro de amplas faixas de escalas espaciais e temporais, e pode ser observado em correntes oceânicas, por exemplo. Há cerca de 200 anos cientistas buscam uma compreensão completa do fenômeno.

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Os físicos buscam, por meio de equações matemáticas e computadores, estudar e modelar esse processo, que apresenta um fluxo turbulento caótico e irregular. Isso se deve à presença de várias espécies que interagem quimicamente, o que traz à tona não linearidades e escalas extras.

No entanto, um estudo publicado na revista Science Advances no fim de janeiro trouxe avanços significativos na compreensão do padrão e estrutura da turbulência. A pesquisa desenvolveu uma abordagem para simular a turbulência. O método empregado nesse simulador é inspirado na computação quântica.

“A turbulência era e ainda é um problema não resolvido no sentido de que não podemos simular exatamente fluxos realistas em computadores, ou seja, ainda precisamos de um túnel de vento para projetar uma asa de avião. Mas avanços como o nosso ‘reduzem’ o problema e empurram a fronteira”, afirmou Nik Gourianov pesquisador do departamento de física da Universidade de Oxford e principal autor do estudo.

De acordo com o pesquisador, a maioria das abordagens anteriores para simular turbulência dependia de uma estratégia determinística, que com um conjunto específico de condições iniciais sempre produz os mesmos resultados. Em vez disso, a nova pesquisa modelou as flutuações na turbulência probabilisticamente, uma abordagem que leva em conta a variação aleatória.

Para tal, autores do estudo utilizaram uma ferramenta matemática denominada redes tensoriais, que é capaz de simular sistemas quânticos. Enquanto os computadores clássicos processam informações de maneira linear através de bits, que representam dados em um único estado por vez (um ou zero), os computadores quânticos operam com bits quânticos (ou "Qbits"), os quais podem assumir valores de zero, um ou qualquer mistura dessas possibilidades.

Gourianov afirma que a nova técnica apresentada no estudo traz uma vantagem computacional que abre portas para áreas da física da turbulência que antes não eram acessíveis para investigações científicas.

No entanto, ele ressalta que as descobertas ainda não resolvem totalmente o enigma da turbulência, e que para isso seriam necessários algoritmos radicalmente novos ou hardware de computação que supere o que temos atualmente. “Muitos cientistas (excepcionalmente talentosos e dotados) já analisaram este problema, mas ainda nem estamos perto de resolvê-lo”, afirmou Gourianov.