کلود-لویی ناویه (Claude-Louis Navier) و گابریل استوکس(Sir George Gabriel Stokes) به طور مستقل دراوایل قرن نوزدهم معادلات بسیار مهمی را مطرح کردند که به کمک آن می توان میدان سرعت و میدان فشار ناشی از حرکت ذرات مایع و گاز (سیال) را محاسبه کرد. امروزه این معادلات کاربرد زیادی در دانش مهندسی و علوم طبیعی دارند.
گابریل استوکس در سال۱۸۵۱ موفق به ارائه معادله ساده تری برای توصیف حرکت بسیار آهسته ذرات سیال گردید. استوکس توانست از طریق این معادله ضریب مقاومت اجسام کروی را که در سیال در حال حرکت هستند محاسبه کند، اما موفق به محاسبه ضریب مقاومت اجسام استوانه ای نشد و پژوهش ها در این مقطع با بن بست روبه رو شدند. از سال ۱۸۵۱ به بعد این موضوع ذهن دانشمندان دینامیک سیالات را به خود جلب کرده بود و همگی تلاش می کردند راه حلی برای این مسأله ارائه دهند. اما جواب هایی که از محاسبه ضریب مقاومت اجسام استوانه ای حاصل می شد متفاوت بودند. از این رو این بن بست به پارادکس استوکس شهرت یافت و لاینحل باقی ماند.
پرسشی که برای پروفسور خلیلی پیش آمد این بود که ارگانیسم های زنده میکروسکپی که داخل آب های اقیانوس ها هستند هنگام فرود چه مقدار از مواد آلی یا ارگانیک را با خود از سطح به کف دریا می برند. پس از حل موضوع با کمک ریاضیات و اعداد نیاز به آزمایشاتی بود که بر این محاسبات صحه بگذارند زیرا در ریاضیات عددی احتمال خطا زیاد است.
پروفسور خلیلی در تلاش برای دستیابی به علت این تفاوت ها متوجه شد که گوناگونی نتایج حاصله در حقیقت ناشی از شرایط متفاوت آزمایش ها بوده است.
پرفسور خلیلی در این زمینه توضیح می دهد: «آب های عمیق واقیانوس ها نقش بسیار موثری در اکولوژی و شرایط آب و هوایی کره زمین ایفا می کنند. در سطح اقیانوس ها و دریاهای عمیق ارگانیسم ها و ذرات بسیار ریز بی شماری وجود دارند. وقتی نور خورشید بر این ذرات می تابد فتوسنتز صورت می گیرد و پروسه جذب و دفع بیولوژیکی انجام می شود. این ذرات حاصل ترکیب دیاتم ها، فیتوپلانکتون ها، گلوله های مدفوعی و گرد و غبار ناشی از توفان و غیره هستند. به مجرد اینکه وزن مخصوص این ذرات از وزن مخصوص آب سنگین تر می شود به آهستگی به سمت پایین (کف دریا ها) حرکت می کنند. این ذرات که برف دریایی نام دارند حاوی مواد ارگانیک هستند که به تدریج و به آهستگی به کف اقیانوس ها می رسند و حیات را از بالا به پایین انتقال می دهند. میکرب ها روی این دیاتم ها و فیتوپلانکتون ها جا می گیرند و شروع به تنفس می کنند و بر اثر آن گاز کربنیک تولید می شود.این گاز کربنیک به دلیل سبک بودن دوباره کل مسیر کف به سطح اقیانوس را طی می کند و از آب ها خارج می شود و مشکلات زیادی از جمله گرمایش کره زمین، ایجاد حفره در لایه اوزون و آب شدن یخ های قطبی را باعث می شود. این مسأله باعث اختلال در گردش کربن اقیانوسی جهانی و ایجاد مشکلات و تغییراتی در شرایط اقلیمی و آب و هوایی می شود.»
این تغییرات تا حدودی از طریق برنامه های کامپیوتری از جمله برنامه ای که هم اکنون در انستیتو هوا شناسی موسسه علمی ماکس پلانک در هامبورگ مورد استفاده قرار می گیرد قابل پیش بینی است. این برنامه ها قادرند وضعیت کره زمین را در هزاران یا صدهاهزار سال آینده شبیه سازی و شرایط آن را از نظر اقلیمی پیش بینی کنند.
یکی از داده های ورودی این برنامه های کامپیوتری میزان مواد ارگانیک یا کربنی است که از سطح اقیانوس به داخل آب ها وارد می شوند، زیرا این مواد در سیکل بعدی گازکربنیک تولید می کنند. از آنجایی که ذرات جلبک های سبز و دیاتوم ها استوانه ای شکل هستند دستاوردهای پروفسور خلیلی در حل پارادکس استوکس این امکان را فراهم ساخته که بخشی از داده های ورودی این برنامه ها بهبود یافته و تخمین نسبتاً دقیق تری از میزان کربن و یا مواد ارگانیکی که می توانند به سطح دریاها برسند به دست آید.
پروفسور خلیلی در ادامه گفت وگو بر اهمیت آموختن از استراتژی عملکرد و حیات ارگانیسم های زنده در اقیانوس ها تاکید دارد: «برای مثال برخی ازمیکروارگانیسم ها پروتئینی تولید می کنند که در ترکیب با آب شور اقیانوس ها چسبی طبیعی به وجود می آورند. این چسب در آینده می تواند در عمل جراحی جایگزین بخیه شود.»
موضوع پژوهشی دیگری که هم اکنون پروفسور خلیلی به آن مشغول است بررسی برخورد ذرات سیال به جای استفاده از معادلات حرکت برای محاسبه میدان سرعت و میدان فشار سیال است. این تحقیق محاسبات دشوار هیدرودینامیکی را آسان و با تبدیل معادلات غیر خطی به خطی زمان محاسبات کامپیوتری را کاهش می دهد.
منبع:دویچه‌وله کد خبر: تاریخ انتشار:دوشنبه, ۲۵ اردیبهشت ماه ۱۳۹۶
