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雪花里的数学:六,雪花的快乐 精选

已有 7407 次阅读 2013-3-16 07:25 |个人分类:谈数学|系统分类:科研笔记| 数学, 雪花

作者:蒋迅

这是我的文章“雪花里的数学:五,相变的有限元解”的后续。本文已发表在《数学文化》杂志2012年第4期 (总第12期) 上。请勿转载。

六,雪花的快乐

一篇多少有些数学的短文到此应该收笔了。作为结尾,让我转引一下徐志摩的《雪花的快乐》。这首诗作于1924年12月30日,发表于1925年1月17日《现代评论》第一卷第6期:

假如我是一朵雪花,
翩翩的在半空里潇洒,
        我一定认清我的方向──
        飞扬,飞扬,飞扬,──
    这地面上有我的方向。
不去那冷寞的幽谷,
不去那凄清的山麓,
        也不上荒街去惆怅──
        飞扬,飞扬,飞扬,──
    你看,我有我的方向!
在半空里娟娟的飞舞,
        认明了那清幽的住处,
        等着她来花园里探望──
        飞扬,飞扬,飞扬,──
    啊,她身上有朱砂梅的清香!
那时我凭借我的身轻,
盈盈的,沾住了她的衣襟,
        贴近她柔波似的心胸──
        消溶,消溶,消溶──
溶入了她柔波似的心胸!  

雪花飞来,一片两片三四片,飞入芦花总不见。微小轻盈的雪花能令诗人动心,让农民入迷。天文学家不放过它,数学家决心彻底解决它的奥秘。这就是雪花的威力。

致谢:笔者感谢格拉夫纳教授和加克教授提供多张图片!

后记:

  1. “雪花里的数学”到此就发完了。我很感谢科学网上网友与我的互动,也感谢科学网编辑把本系列中的每一篇都放到了首页上,让更多的老师和同学们知道了雪花里的数学。我看到科学网上的很多网友写出的评论水平很高,有些评论颇具启发性。本系列分六次发表实因不得已。我尽量在每篇前后都加上了链接,以便读者对这个问题有全面的理解。我希望这个系列和网友们的评论能为对此研究感兴趣的数学物理工作者起到引导入门作用。如果能看到有谁独辟新路,更好地做出一个雪花的数学模型,那是我最高兴的事情了。
  2. 我在第4节里提到两位NASA科学家时说到:“重要的是,他们把格拉夫纳和格里夫耶斯的算法在集群计算环境里利用‘讯息传递介面’(MPI)和‘区域分解方法’来实现并行计算”。这句话是指相对于格拉夫纳和格里夫耶斯的计算有哪些不同之处,并不是说NASA的技术有多么重要,NASA科学家也没有将他们的结果写成论文发表。科学网博主、中科院大气所一位硕士因为我这句话而表示对我本人和文中学者的轻视。对此,我只能表示遗憾。
  3. 有人说我的稿费一定很多。但《数学文化》杂志是不给稿费的。我在那里发文章是为了支持这个新的杂志,也希望有更多的读者喜欢并订阅这个杂志,使它能生存下去。写一篇这样的文章很花费时间,还没有报酬。我唯一的希望是,如果你不喜欢我的文章,不来读就好了。不必用语言来伤害我。科学网上有一些人喜欢用激烈的、文革大字报式的语言评论挖苦我们这些在这里写博客的人。我感觉,文革的土壤在知识分子中仍然存在,而且只要有适当的环境,文革还是有再次发生的危险。希望没有经历过文革的年轻人能读一读中国近代史,思考一下为什么有那么多的知识分子会去盲从,你自己在那样的环境下会不会干出极端的事情来?历史的悲剧不能重演。每个人都应该“从我做起”。顺便推荐林中祥老师的博文:“科学网中的‘不宜’”。

下面的参考文献是我挑选的。有兴趣做这项工作的老师同学们可以先从这些论文开始。

参考文献

  1. "No Two Snowflakes the Same" Likely True, Research Reveals, National Geographic News, February 13, 2007.
  2. Charles Q. Choi, "Scientist: Maybe Two Snowflakes are Alike", LiveSciecne, January 19, 2007.
  3. Scientists discover snowflake identical to one which fell in 1963, NewsBiscuit, December 3, 2010.
  4. 雪花史,科学松鼠会,2008年12月25日.
  5. J. Kepler, "Strena Seu de Nive Sexangula," 1611. Translated as"The Six-Cornered Snowflake," trans. Colin Hardie, Clarendon Press, Oxford, 1966.
  6. R. Descartes, "Les M' et' eores," 1637; ' ed. Adam et Tannery, Paris, Vrin, t. IV, 1965.
  7. R. Hooke, "Micrographia," 1665; Dover, 2003.
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  11. N. H. Packard, Lattice models for solidification and aggregation, Institute for Advanced Study preprint, 1984. Reprinted in "Theory and Application of Cellular Automata," S.Wolfram, editor, World Scientific, 1986, pp. 305-310.
  12. S. Wolfram, "A New Kind of Science," Wolfram Media, 2002.
  13. S. Levy, "Artificial Life: The Quest for a New Creation," Pantheon Books, 1992.
  14. K. Libbrecht, Morphogenesis on ice: The physics of snow crystals, Engineering and Science 1 (2001), 10-19.
  15. K. Libbrecht, Explaining the formation of thin ice crystal plates with structure-dependent attachment kinetics, Journal of Crystal Growth 258 (2003), 168-175.
  16. K. Libbrecht, The physics of snow crystals, Reports on Progress in Physics 65 (2005), 855-895.
  17. K. Libbrecht, Observations of an Edge-enhancing Instability in Snow Crystal Growth near -15 C, arXiv:1111.2786 (2011).
  18. K. Libbrecht, "Field Guide to Snowflakes," In preparation, 2006.
  19. K. Libbrecht, P. Rasmussen, "The Snowflake: Winter' s Secret Beauty." Voyageur Press, 2003.
  20. 绝美雪花显微照片:形状各异结构精细,新浪科技,2008年12月11日.
  21. R. Fisch, J. Gravner, D. Griffeath, Metastability in the Greenberg-Hastings model. Ann. Appl. Prob. 3 (1993), 935-967. (Special Invited Paper.)
  22. J. Gravner, D. Griffeath, Multitype threshold voter model and convergence to Poisson─Voronoi tessellation. Ann. Appl. Prob. 7 (1997), 615-647.
  23. J. Gravner, D. Griffeath, Cellular automaton growth on Z2: theorems, examples and problems, Advances in Applied Mathematics 21 (1998), 241-304.
  24. J. Gravner, D. Hickerson, Asymptotic density of an automatic sequence is uniform, in preparation.
  25. J. Gravner, D. Griffeath, Random growth models with polygonal shapes, Annals of Probability 34 (2006), 181-218.
  26. J. Gravner, D. Griffeath, Modeling snow crystal growth I: Rigorous results for Packard' s digital snowflakes, Experimental Mathematics 15 (2006) 421-444.
  27. J. Gravner, D. Griffeath, Modeling Snow Crystal Growth II: A mesoscopic lattice map with plausible dynamics. Physica D: Nonlinear Phenomena 237 (2008), 385-404.
  28. J. Gravner, D. Griffeath, Modeling snow crystal growth III: 3d snowfakes, in preparation.arXiv:0711.4020.
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  31. J. W. Barrett, H. Garcke and R. Nurnberg, On stable parametric finite element methods for the Stefan problem and the Mullins-Sekerka problem with applications to dendritic growth, J. Comput. Phys. 229 (2010), 6270- 6299
  32. J. W. Barrett, H. Garcke and R. Nurnberg, Finite element approximation of one-sided Stefan problems with anisotropic, approximately crystalline, Gibbs--Thomson law, arXiv:1201.1802v1 (2012).
  33. J. W. Barrett, H. Garcke and R. Nurnberg, On the parametric finite element approximation of Evolving hypersurfaces in R3, preprint.
  34. H. Garcke, Kepler, Crystals and Computers - How mathematics and computer simulation help understanding of crystal growth, preprint.


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