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孤立烟圈:数学、力学、物理学的难题

已有 5389 次阅读 2010-10-17 12:34 |个人分类:生活点滴|系统分类:科研笔记

 

       观察烟囱在无风天时排出的黒烟,先是以柱状边界缓慢升高,在某个高度上,突然出现不定性:

       常见的一种可能是:烟尘细丝化,在经历一系列流线型移动后(上升+水平的组合),逐步变淡,最后变成为常见的扩散。

       另一种少见的可能是:某时刻,突然,在接近烟囱的某个高度的烟尘形成一个孤立烟圈,并缓慢爬生,紧跟其后,在那个高度,又形成一个新的孤立烟圈,并逐渐的赶上并超过其前面的烟圈。这种产生、追逐的过程在持续、稳定一段时间后,突然间出现水平向飘荡,尔后变成为常见的扩散模式。

 

       小时候,我喜欢观察这种现象。一个右派教我如何观察,并告诉我,如果你长大后能解答这个问题,那你就很了不起的。很多科学家都在研究这个问题。你得读很多书才有可能,最好读个博士。

       我问:博士?他耐心的说,读完小学、读初中、读完高中后,还有大学;读完大学后还有研究生要读。

       对此,我没有想法。因为,我是第一次听到有大学可以读。

 

       但是,知道有大学的存在,而且应当读,是我的最大收获。这样,当我读完高中时,高考也恢复了,大学也读上了。

 

       此后,我一直喜欢观察烟囱在无风天时排出的黒烟。但是,经过良好培训的大脑告诫我,不要妄想。

 

       直到有一天(1997年),我的导师陈至达先生告诉我,解答这个典型而表面看来简单的孤立烟圈力学机理是检验一个力学新理论有效性的挑战性课题时,这一论题才再度被纳入我的研究范围内。但我没敢把这做为博士论文选题。但我承诺:设法解决这个课题。

 

       只到今年(2010年)我才动手解决其中的细微论题,估计明年能完成全文。我的论文将给出这类实验的理论解。这将是陈理性力学的标志性应用成果之一。

 

       事实上,早在1800S年代,Peter Guthrie Tait(数学物理学家,1831-1901, 就做过这方面的实验,制造了烟圈发生器,James Clerk Maxwell(数学物理学家,电磁场理论(1831-1879)也做过这方面的实验, 制造了烟圈发生炉。

      

       这一方面的研究工作停顿了很长的时间,目前,由于相关论题的应用价值和理论价值被看好,有关的数学表达理论、连续介质力学理论等被重新提出。而目标直接指向建立新的微观物理理论(原子,色子),并在改进弦论的基础上,发动新的理论性研究攻势。

 

       在这一背景下,有关的研究工作在很广泛的层面上开始了。

 

       如果以出版论文为依据,上面的结论是不成立的。但是,如果读者有这种对理论物理动态演化的敏感性,并不难发现这个事情。



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