解决湍流:研究人员要重新审视物理学中的一个老问题

普罗维登斯，R.I.[布朗大学]——布朗大学的一名物理学家将成为一个国际研究小组的成员，该小组对物理学中的一个老问题进行新的研究:湍流。

布朗大学物理学教授布莱德•马斯顿(Brad Marston)说，尽管湍流几乎无处不在，从大气中的急流到海洋中的洋流，再到机翼上的气流，但科学家们仍然没有一个好的湍流理论。

“我们有一些近似的方法来描述它，一些经验法则，”马斯顿说。但是如果波音公司想要模拟机翼上的气流，世界上最大的超级计算机是做不到的。因此，有一股力量推动人们想出看待这个问题的新方法。”

马斯顿是一群物理学家和数学家中的一员，他们希望利用统计物理学来发展一种新的湍流理论。统计物理学是用来解释由许多独立部分组成的系统的集体行为的。这个团队得到了西蒙斯基金会(Simons Foundation) 400万美元的资助，这是一个支持数学和基础科学研究的非营利组织。

特别是，马斯顿正在与一个研究小组合作，他们试图研究相变的统计理论是否适用于湍流。为此，研究小组将研究一个产生湍流的简单系统:一个长圆柱形管道，水流通过它。该系统的简单性将使研究人员能够通过实验和计算机建模仔细分析它。马斯顿说，这是相变想法的一个很好的试验场。

马斯顿说:“当你把水推过这个管道时，它开始是一个良好的、有规律的流动。”“但当它加快速度时，就会开始有小股湍流随着正常气流移动。”随着速度加快，最终整个物体会变得混乱。我们正在探索的是，存在一个临界点，在这个临界点上，气流会变成紊流，以及我们能否通过借鉴相变理论来理解这种转变。”

马斯顿说，如果这些相变确实适用，或许就有可能简化用来描述紊流统计数据的方程，众所周知，紊流统计数据很难求解。

马斯顿说:“这可能会提高建模的效率，或者让我们发现以前无法发现的问题。”“它也可能导致回到一个更简单的湍流理论，或澄清如何发展更好的理论。”

Marston和他在布朗大学的同事们将在布朗大学计算与可视化中心的帮助下处理这个项目的计算机建模部分，并在建模和实验的基础上发展统计理论。   

马斯顿说:“如果我们成功了，我们可能会得到基于相变的更简单的湍流理论，或者我们可能会证明，这种理论过于简单了。”“这也是一种进步。”