比如為了理解宇宙的基本組成部分,理論物理學家們修建起來了大型強粒子對撞機,將微觀粒子加速然後讓它們發生碰撞,從而獲取到數據。
這一次,為了揭示湍流的基本機製,找到解決ns方程的辦法,徐川決定讓漩渦與漩渦發生碰撞,親眼去從微觀層麵上看看它的結構與運動。
南大,徐川直奔物理學院,找到了物院的院長俞永望,提出了想借物院設備使用的請求。
對於徐川的請求,這位俞院長想都沒想就直接答應了下來。
物理實驗大樓中,徐川喊來了自己的兩名學生,讓他們幫忙打個下手。南大那邊在俞永望的安排下來,也喊來了兩名博士生幫忙。
其實製造湍流碰撞並不是一件什麼難事。
各種海洋生物都可以在水下用空氣和快速移動的水製造渦流環。
這是因為當圓形的氣泡向前運動時,會受到正麵水的擠壓力以及側麵向後的水麵摩擦力,這就導致原本圓形的氣泡會被壓扁,而邊緣由於受到向後的力,則會擾動邊緣的空氣進行旋轉,從而形成邊緣的渦流,漸漸的中間被分開,就形成了渦環。
實驗的難點在於使用超高分辨率攝像機全程記錄兩個湍流的碰撞,然後利用3d可視化程序對碰撞過程進行了重建,確定湍流演化的基本機製。
“教授,我這邊已經調節好了,a1渦環使用了綠色材料,a2渦環使用了紅色材料。”
實驗室中,穀炳大聲的彙報完成自己手中的工作。
徐川點了點頭,道:“好的。”
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而另一邊,在攝影測量與遙感專業的學生幫助下,阿米莉亞也很順利的完成了超高分辨率攝像機的架設與調試。
“報告教授,超高分辨率攝像機準備完畢,隨時可以進行記錄。”
在徐川的指揮和南大的幫助下,用於渦環對撞實驗的設備很快就完成了組裝。
實驗開啟,在精準的控製下,位於水箱兩側的渦環製造儀同時向前發射出了一個氣泡,在高速運動下,氣泡演變成渦環,隨即在正中心碰撞在一起。
紅黃的渦環在對撞的瞬間就形成了肉眼可見的混色波紋與環,但僅僅是一秒鐘的時間,這些波紋與環就消散在一片染料之中。
不過對於徐川來說,這已經足夠了。
在這次的實驗室中,徐川特意找來了一個強大的掃描激光片,同步在高速攝像機上,兩者結合,可以讓它每秒可以捕捉數十萬張圖像。
而超高分辨率的高速攝像機精準的將整個實驗過程全都記錄了下來,並且輸送到了計算機中。
剩下的,就是利用3d可視化程序對碰撞過程進行了重建了。
“教授,這次的實驗做完了?”
實驗室中,阿米莉亞好奇的看著正在拆卸設備的同學,朝著徐川問道。
徐川點了點頭,道:“嗯,已經做完了。”
“我能問問這是在研究什麼嗎?渦流?還是湍流?”
被匆忙的喊過來,阿米莉亞和穀炳都有些好奇自己的導師消失了大半個月都在做些什麼。
徐川笑了笑,回道:“研究ns方程。”
阿米莉亞張著嘴,有些驚訝的看了眼徐川又看了眼正在拆卸的設備:“就用這個?”
徐川笑著說道:“當然,ns方程本就是研究流體力學的,渦流也是流體力學中的一部分。”
事實上,自上世紀90年代以來,物理學家就開始使用渦旋對撞機來研究湍流,但之前的那些實驗都未能在碰撞發生時,對產生混沌的那一刻進行慢放和力學重建。
徐川之所以會這麼做,也是因為重生帶來的經驗。
在後世的空氣動力學中,係統係的重建混沌體係進行研究是一件很常見的事情,因此他順手就給加上了。
“那教授,我能加入你的研究嗎?”阿米莉亞期待的問道。
她大學學的就是數學物理,對於ns方程同樣相當感興趣,加入徐川的研究,即便是幫不上什麼忙,也肯定能學到很多的東西。
一旁,穀炳也投來了期盼的目光。
注意到兩個學生的渴望,徐川笑了笑,道:“你們還是先好好完成我之前交給你們的任務吧。”
倒不是他不願意兩名學生參與自己的課題,但他們應該沒有足夠的精力和時間。
去年他沒怎麼帶學生,今年就不同了,開年的時候更是親自部署了一個類霍奇數學難題交給了他們。
這一個難題,估摸著就能消耗掉他們日常的所有時間了。
若是能解決,他們離畢業也就不遠了。
折騰了幾天的時間,對渦流碰撞的3d可視化重建終於完成了。
南大第一時間就將重建後的數據發了過來。
收到數據後,徐川泡了杯清茶,打開了電腦。
自從之前在邱成桐哪裡通過茶霧得到靈感後,他現在也開始了泡茶喝茶,希望能繼續從上麵得到靈感和思路。
雖然這並沒有什麼用,但徐川意外的發現,喝茶能讓他在日常的研究中保持一定的專注度,因此也開始習慣在搞研究前泡上一杯清茶了。
端著茶杯,他小啜了一口後打開了重建後的渦環對撞實驗。
這是和目視完全不同的畫麵,重建後的對撞,渦環的顏色完全消失或者說統一了。
但徐川敏銳的注意到,當渦環相互碰撞時,它們會被向外拉伸,其邊緣會形成反對稱的波。
這些波的波峰會發展成像手指一樣的絲狀物,沿著垂直於碰撞發生的核心生長。
而後,這些“手指”的旋轉方向與相鄰“手指”相反,於是形成一個新的微型漩渦陣列,這種微型漩渦之間的相互作用會持續幾毫秒。
如果不是極度的慢放,可以說很難發現這些。
但它也給徐川帶來了一種模糊的靈感。
鼠標輕輕的點擊,他將畫麵拉到了最開始,重新播放。
當新的旋渦陣列與波紋形成時,徐川的眼神也愈發明亮了起來,但明亮的眼神中依舊摻雜著一絲疑惑。
他總感覺這些東西在數學上給他一種莫名的熟悉感,卻又一時半會的想不起來是在哪裡見過。
鼠標再度拉回進度,他一遍又一遍的觀看著眼前的視頻。
忽的,在腦海中,一張稿紙在他腦海中浮現,讓他的眼神驟明亮了起來!
他想起來自己在哪裡見過這熟悉的東西了,也知道該如何進行推進ns方程了!
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