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大螺旋套小螺旋,速度有增;
小螺旋套大螺旋,黏滞乃生。
      —— 理查逊

  湍流 是历史悠久的问题。所有伟大的物理学家都正式或非正式的思考过它。平滑的流体碎裂成螺旋和涡流。流体与固体的分解被凌乱的模式破坏。能量极快从大尺度运动传向小尺度运动。这是为什么?最好的想法来自数学家;对于大多数物理学家来说, 湍流 是过于危险的课题而不必为之浪费时间。看来它几乎是不可知的。相传,量子理论家海森堡临终时在病榻上宣布,他要带两个问题去见上帝:相对论和 湍流 。海森堡说: " 我真的相信他对第一个问题会有答案 " 。

  理论物理学家对 湍流 现象持冷漠态度。实际上,科学家在地上划一条杠杆说,我们不能跨过这条线。就在线的一边,流体有规则的运动,对此我们还有不少事要做。所幸的是,平滑流动的流体运动时并不像是有几乎无穷多个独立分子,其中每个分子都可能像套上了轭的马一样。只要流体是平静的,工程师们就有计算成规。他们所使用的知识可追溯到十九世纪,那时理解液体和气体的运动曾是物理学的前沿问题。

  然而到了当代,这些问题不再处于前沿。物理学家甚至会说,流体动力学其实已经不再是物理学的一部分。它只是工程而已。通常在大学工程系里才会碰到流体动力学家。对于 湍流 往往始终突出一种实际要求,设法使 湍流 消失。

  那么, 湍流 究竟是什么呢?它是各种尺度上的一堆无序,大涡流中套着小涡流。它是不稳定的。它是高度耗散的,也就是说 湍流 耗费能量,形成阻力。这是一种变得随机的运动。然而,流体是怎样从平滑变成湍急的呢?

  看来所有的成规都被打破。当流体是平滑的,或者叫层流时,小扰动会消失。但是越过 湍流 起点之后,这些扰动灾难性地增大。这个起点,这种转变,成了科学的不解之谜。面对这种不规则 的流体运动,超级计算机也几乎无能为力。

  湍流 是不可知的,但是从事水泵设计的人员无论如何不能回避这一现象。于是, 湍流 便成了向着更高目标探求的起点。


 
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