湍流是歷史悠久的問(wèn)題。所有偉大的物理學(xué)家都正式或非正式的思考過(guò)它。平滑的流體碎裂成螺旋和渦流。流體與固體的分解被凌亂的模式破壞。能量極快從大尺度運(yùn)動(dòng)傳向小尺度運(yùn)動(dòng)。這是為什么？最好的想法來(lái)自數(shù)學(xué)家；對(duì)于大多數(shù)物理學(xué)家來(lái)說(shuō)， 湍流是過(guò)于危險(xiǎn)的課題而不必為之浪費(fèi)時(shí)間�？磥�(lái)它幾乎是不可知的。相傳，量子理論家海森堡臨終時(shí)在病榻上宣布，他要帶兩個(gè)問(wèn)題去見(jiàn)上帝：相對(duì)論和湍流 。海森堡說(shuō)：“ 我真的相信他對(duì)第一個(gè)問(wèn)題會(huì)有答案” 。
理論物理學(xué)家湍流 現(xiàn)象持冷漠態(tài)度。實(shí)際上，科學(xué)家在地上劃一條杠桿說(shuō)，我們不能跨過(guò)這條線。就在線的一邊，流體有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，對(duì)此我們還有不少事要做。所幸的是，平滑流動(dòng)的流體運(yùn)動(dòng)時(shí)并不像是有幾乎無(wú)窮多個(gè)獨(dú)立分子，其中每個(gè)分子都可能像套上了軛的馬一樣。只要流體是平靜的，工程師們就有計(jì)算成規(guī)。他們所使用的知識(shí)可追溯到十九世紀(jì)，那時(shí)理解液體和氣體的運(yùn)動(dòng)曾是物理學(xué)的前沿問(wèn)題。
然而到了當(dāng)代，這些問(wèn)題不再處于前沿。物理學(xué)家甚至?xí)f(shuō)，流體動(dòng)力學(xué)其實(shí)已經(jīng)不再是物理學(xué)的一部分。它只是工程而已。通常在大學(xué)工程系里才會(huì)碰到流體動(dòng)力學(xué)家。對(duì)于湍流往往始終突出一種實(shí)際要求，設(shè)法使 湍流 消失。
那么， 湍流究竟是什么呢？它是各種尺度上的一堆無(wú)序，大渦流中套著小渦流。它是不穩(wěn)定的。它是高度耗散的，也就是說(shuō) 湍流 耗費(fèi)能量，形成阻力。這是一種變得隨機(jī)的運(yùn)動(dòng)。然而，流體是怎樣從平滑變成湍急的呢？
看來(lái)所有的成規(guī)都被打破。當(dāng)流體是平滑的，或者叫層流時(shí)，小擾動(dòng)會(huì)消失。但是越過(guò) 湍流 起點(diǎn)之后，這些擾動(dòng)災(zāi)難性地增大。這個(gè)起點(diǎn)，這種轉(zhuǎn)變，成了科學(xué)的不解之謎。面對(duì)這種不規(guī)則 的流體運(yùn)動(dòng)，超級(jí)計(jì)算機(jī)也幾乎無(wú)能為力。
湍流是不可知的，但是從事水泵設(shè)計(jì)的人員無(wú)論如何不能回避這一現(xiàn)象。于是， 湍流便成了向著更高目標(biāo)探求的起點(diǎn)。 |
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