科学家一直以为湍流里的能量只能单向传递,但观察盐水丰年虾后发现,只要游泳的角度超过45度,能量的流向就会整个掉头。

六十年代的美国漫画杂志里登过一则广告:寄钱过去,就能收到一包「一碗幸福」——其实是几粒冻干的卵。丢进盐水,孵出来的就是丰年虾,也就是俗称的海猴子。它们只有一厘米长,倒着身子游,腿蹬得飞快。
匹兹堡大学的实验室里,研究者往盐水里放了这种小虾,本想看看生物搅动对流体混合的影响,结果撞见了更奇怪的事。
能量本来只走一条路
瀑布脚下的白沫、飞机遇上颠簸、咖啡里打转的牛奶,都是湍流。一百年前有位英国气象学家写过一首打油诗:大漩涡养小漩涡,小漩涡养更小的,一直到黏性把能量磨成热。
二维的湍流不一样,能量是从小往大跑。木星上的大红斑就是这么来的,边缘的小涡旋不停往中间那个巨型风暴里喂料。几十年来没人认真问过:这个方向是钉死的吗?
45度是个分水岭
他们盯着水箱里的丰年虾一遍遍算,得出了同一个结论:虾身子相对水流拉伸方向的夹角,决定了能量往哪边走。
小于45度,能量照旧从小尺度流向大尺度,跟课本上写的一样。超过45度,能量就掉头,从大尺度抽出来去喂小扰动。
换成一排厘米长的塑料杆,效果一样,想让它往哪边流就往哪边流。都灵的同行拿数值模拟跑了一遍,也跑出来了。
掰弯它,比守住它便宜得多
两股流体之间有一道「运输屏障」,想打破它,按这个理论只要不到维持它所需能量的百分之一。这对控制污染扩散、给制药混合液体都有用。
当然,实验室里那潭浅浅的水跟自然界的大气差得远。但数学上没理由说它推不过去。研究者接下来打算在桌面龙卷风上试试。
为什么值得读
原来湍流里能量的走向不是铁律,而是角度问题——这意味着以后也许不用硬扛着搅,只要把障碍物转到对的角度,就能让能量按人的意思流动。
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