上紐科研動(dòng)向：如果“風(fēng)起于青萍之末”，那么混沌發(fā)源于哪里呢？

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追蹤漂浮在緩緩流淌小溪上的樹枝，比追蹤在波濤洶涌的大海中上下?lián)u擺的瓶子容易很多。由于漂流過程中充滿了意外的轉(zhuǎn)彎和長短不齊的位移，瓶子這樣的隨機(jī)漂流軌跡被物理學(xué)家們稱為“混沌”路徑。雖然看起來不太可能，這種“混沌”是否也會(huì)發(fā)生在緩慢漂流的樹枝上呢？

在最近發(fā)表于《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）上的一篇論文中，紐約大學(xué)博士生胡世淵等研究人員發(fā)現(xiàn)，這確實(shí)是可能的，尤其是當(dāng)樹枝——或者研究人員稱之為“漂浮物”的結(jié)構(gòu)——具有與水流漩渦大小相當(dāng)?shù)某叽鐣r(shí)，混沌路徑就可能出現(xiàn)。該研究結(jié)合了數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)觀察，其中實(shí)驗(yàn)部分在華東師范大學(xué)-紐約大學(xué)物理聯(lián)合研究中心（上海紐約大學(xué)）的實(shí)驗(yàn)室中完成。

他們的研究還表明，除了漂浮路徑表現(xiàn)出混沌之外，漂浮物還有可能被困在一個(gè)漩渦中，或者漫無目的地游蕩，甚至沿著一個(gè)方向曲折地前進(jìn)。在這個(gè)研究中，一個(gè)漂浮物被放在整齊排列的漩渦中，隨著時(shí)間推移，它被動(dòng)地跟著流體運(yùn)動(dòng)，而研究人員通過改變漂浮物的長度和柔韌度觀測到上述的許多現(xiàn)象。

“所有的這些運(yùn)動(dòng)行為都取決于漂浮物的大小和剛度。令人驚訝的是，像我們這樣的低雷諾數(shù)系統(tǒng)也會(huì)產(chǎn)生混沌，”上海紐約大學(xué)和紐約大學(xué)物理與數(shù)學(xué)教授張駿說，“大致來說，雷諾數(shù)是衡量一個(gè)流體系統(tǒng)活躍程度的指標(biāo)�！�

“背景水流是緩慢而穩(wěn)定的，但是一旦將細(xì)長的結(jié)構(gòu)放入其中，結(jié)構(gòu)與水流之間的相互作用就變得有趣且出人意料，這就像一個(gè)臺(tái)球被流動(dòng)的漩渦輕輕地彈來彈去�！� 紐約大學(xué)及Flatiron研究院（Flatiron Institute）的數(shù)學(xué)教授Michael Shelley說。

論文的第一作者為紐約大學(xué)在讀博士生胡世淵，第二作者為同濟(jì)大學(xué)在讀博士生、上紐大研究助理儲(chǔ)軍軍。Michael Shelley教授與張駿教授同為本文的通訊作者。

“由于不同長度的結(jié)構(gòu)在流場中表現(xiàn)不同，” 胡世淵和張駿教授進(jìn)一步評(píng)論說，“我們的發(fā)現(xiàn)有朝一日或可用于生物聚合物的分類，比如可以把大DNA分子按它們的長度來進(jìn)行篩選�！�

半柔性長絲與一系列旋轉(zhuǎn)流動(dòng)漩渦之間的相互作用。根據(jù)其長度和剛度，長絲可能會(huì)發(fā)生混沌運(yùn)動(dòng)，或沿直線移動(dòng)，甚至被困住于一個(gè)漩渦。圖片由論文第一作者胡世淵提供

論文鏈接（請(qǐng)掃描二維碼）：

張駿教授檔案

張駿教授現(xiàn)任上海紐約大學(xué)和紐約大學(xué)物理學(xué)與數(shù)學(xué)聯(lián)聘教授、紐約大學(xué)全球特聘教授。自2001年以來，張教授還擔(dān)任紐約大學(xué)庫朗數(shù)學(xué)研究所應(yīng)用數(shù)學(xué)實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合主任。張教授在哥本哈根大學(xué)尼爾斯玻爾研究院獲得物理學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)任美國物理學(xué)會(huì)會(huì)士。

研究興趣

流體物理學(xué)和流體動(dòng)力學(xué)，包括生物力學(xué)和生物運(yùn)動(dòng)（有機(jī)體游泳、飛行和行走）

地質(zhì)流體（熱對(duì)流，大陸動(dòng)力學(xué)和侵蝕）

以動(dòng)邊界或柔性邊界為主的流固耦合問題

不同長度和時(shí)間尺度的自組織現(xiàn)象

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推 / 薦 / 閱 / 讀

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