从有序到无序，一步步拆解湍流

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两个涡环在碰撞之后的3D建模。| 图片来源: Ryan McKeown/Harvard SEAS

最近，哈佛大学的研究人员通过使用超高分辨率摄像机，拍摄下了两个 涡环 的迎面相撞。之后，他们再利用一种3D可视化程序对碰撞过程进行了重建，确定了湍流演化的一个基本机制。 他们将这项研究发表在了近期的《科学进展》杂志上。

来自休斯顿大学和里昂高等师范学校的研究人员是这篇论文的合著者，他们对此过程进行了数值模拟分析。3D的模型重建与数值模拟的结合，让研究人员对流体系统是如何从有序变为无序的有了前所未有的了解。

论文的通讯作者之一是哈佛大学的应用物理学家 Shmuel Rubinstein ，他介绍说：“我们预测天气的能力，理解为什么一架波音747在湍流中仍能飞行，以及确定全球洋流的能力，都取决于我们所建立的湍流模型的好坏。然而，我们对湍流的理解仍然缺乏一个可以解释能量是如何在越来越小的尺度上级联，直到最终消散的机械学描述。而这项研究为这种理解打开了一扇大门。”

休斯顿大学的机械工程师 Rodolfo Ostilla-Monico 是该论文的另一位通讯作者，他表示：“要弄清楚在湍流这类极其复杂的系统中究竟发生了什么，始终是一个挑战。在每一个空间尺度上，漩涡都在相互拉伸和压缩，从而造成一幅混乱的画面。而这项新的研究使我们可以将这些相互作用分离出来进行观察，并了解当有大量这样的相互作用存在时，这些相互作用是如何产生丰富的动态的。”

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自上世纪90年代以来，物理学家就开始使用涡旋对撞机来研究湍流，但之前的那些实验都未能在碰撞发生时，对产生混沌的那一刻进行慢放和力学重建。因此在新的研究中，他们用高速摄像机同步了一个强大的扫描激光片，它 每秒可以捕捉数十万张图像，从而做到

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