赤道開爾文波已經(jīng)被地球物理學(xué)家所了解多年，但新的研究借鑒了量子力學(xué)的一個(gè)頁面，以幫助闡明它們的發(fā)展。

拓?fù)浣^緣子，內(nèi)在絕緣材料，沿其外緣進(jìn)行電力的材料，在凝聚態(tài)物理學(xué)中引起了轟動。一項(xiàng)新研究表明，管理這些外來材料的同樣的拓?fù)湫袨橐矌恿顺嗟啦ɡ?- 溫暖的海水脈沖，在調(diào)節(jié)地球氣候方面發(fā)揮了重要作用，包括厄爾尼諾 - 南方濤動。

布朗大學(xué)物理學(xué)教授布拉德·馬斯頓（Brad Marston）說，“這些波浪是1960年代地球物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)的，但是他們對于為什么不存在這些波浪而深刻理解?！?“我們所看到的是，它們與固體物理學(xué)中重要的波浪相同 - 源自拓?fù)浣^緣體邊緣周圍的電子波。”

該研究的靈感來自于一種特殊類型的拓?fù)浣^緣子，其展現(xiàn)了所謂的量子霍爾效應(yīng)，這是1980年發(fā)現(xiàn)的。拓?fù)湓诹孔踊魻栃?yīng)中起著至關(guān)重要的作用。

在量子霍爾效應(yīng)中，磁場使半導(dǎo)體材料內(nèi)的電子以稱為回旋加速器軌道的圓圈行進(jìn)。這種圓形運(yùn)動防止電子流（電流）流過材料，除了材料的外邊緣外。因?yàn)榻o定邊緣上的所有電子在相同的方向上執(zhí)行它們的移動，所以這些半圓可以鏈接并形成邊緣電流。因此，拓?fù)浣^緣子在外部進(jìn)行并在內(nèi)部絕緣。

法國里昂大學(xué)的Marston及其合作者Pierre Delplace和Antoine Venaille表示，類似的動力學(xué)正在與地球的赤道波進(jìn)行比較。在地球的情況下，磁場的作用是由科里奧利效應(yīng)所引起的 - 這是由地球旋轉(zhuǎn)引起的明顯的力量。這是導(dǎo)致北半球和南半球颶風(fēng)向相反方向旋轉(zhuǎn)的原因。邊緣的作用是由科里奧利力量分裂的赤道所發(fā)揮。

“在兩個(gè)半球的每一個(gè)中，科里奧利的力量都向相反的方向推進(jìn)，”馬斯頓說。 “在赤道上捕獲波浪的方式非常類似于拓?fù)浣^緣子中的電流如何被捕獲在邊緣，而地球本身并沒有”邊緣“，所以赤道本質(zhì)上是兩個(gè)半球粘在一起。“

馬斯頓和他的同事們發(fā)現(xiàn)，兩種現(xiàn)象背后的數(shù)學(xué)基本相同。

Marston表示：“如果您在圖中描述最近的固態(tài)物理論文，描述電子在拓?fù)浣^緣子中的分散，那么這些圖看起來就像地球物理教科書中描繪赤道波分散的圖。 “十年前發(fā)現(xiàn)拓?fù)浣^緣子是新的物理學(xué)，但令我們驚訝的是，地球一直在這樣做?！?/p>

該研究有助于解釋幾種類型的赤道波的存在。其中之一，被稱為赤道開爾文波浪，向南美洲海岸定期提供溫水脈沖，這是厄爾尼諾現(xiàn)象。這些調(diào)查結(jié)果也解釋了這些波濤如何持續(xù)，盡管受到風(fēng)暴和風(fēng)的轉(zhuǎn)折，以及它們?nèi)绾沃苯油ㄟ^可能會導(dǎo)致波浪散射的島嶼。

Marston表示：“在拓?fù)浣^緣體中，目前的能夠通過材料中的雜質(zhì)移動，就像它們不在一樣?！?“這是因?yàn)樗鼈兊耐負(fù)湫再|(zhì)，它有助于我們了解為什么赤道波浪和厄爾尼諾現(xiàn)象的振蕩仍然持續(xù)，盡管天氣和其他障礙被擠壓。”

馬爾斯頓除了幫助解釋厄爾尼諾現(xiàn)象持續(xù)存在的周期之外，也表示這種相同的動力學(xué)可能在氣候系統(tǒng)的其他地方發(fā)生，例如在高層大氣層。馬斯頓說，認(rèn)識到這些現(xiàn)象的拓?fù)湫再|(zhì)可能有助于深化科學(xué)家對于這些現(xiàn)象的理解。

“作為一個(gè)實(shí)際的問題，這將為我們提供新的方法，通過觀察來確定這些氣候變化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，“他說，”我們可能可以找到并理解以前可能錯(cuò)過的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。