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The Mysterious Math of Turbulence
2025/6/24
Quanta Science Podcast
J
Joe Howlett
S
Samir Patel
Samir Patel: 我在怀特山徒步时经历了突如其来的天气变化，这让我对湍流现象产生了兴趣。湍流是流体在复杂环境中流动时产生的看似混乱的现象，理解它在数学上非常复杂，甚至价值百万美元。
最近，数学家们在理解湍流的数学原理方面取得了重大进展，这让我想要深入了解这一领域。
Joe Howlett: 我是Quanta杂志的数学撰稿人，我的工作是将复杂的数学概念转化为通俗易懂的语言。最近，我写了一篇关于湍流及其数学原理的文章，其中一个重要的发现是，湍流中的超扩散现象——即物质在湍流中扩散的方式——首次得到了严格的数学证明。
湍流是流体运动足够快，变得不再简单时出现的现象，它在生活中随处可见，例如船的尾迹、皮划艇的桨划过水面时产生的漩涡、香烟或火山的烟雾等等。湍流是不可预测的，因为它包含不同尺度的漩涡，这些漩涡相互作用，影响着其中物体的运动。
理解湍流的关键在于纳维-斯托克斯方程，它描述了流体的运动，但求解它在数学上非常困难。超扩散现象的研究起源于1906年的戈登·贝内特杯气球比赛，气象学家Lewis Fry Richardson利用比赛数据研究了大气湍流。
20世纪70年代，物理学家们开始使用重整化技术来解释超扩散现象，但这种方法在数学上不够严谨。最近，数学家们使用均匀化方法，结合重整化技术，对超扩散现象进行了严格的数学证明，并得到了与物理学家相同的结果。
这项工作不仅解决了长期以来困扰科学界的难题，也为解决其他领域中关于混沌系统的问题提供了一种有前景的方法，例如在粒子物理学中使重整化更加严谨。
Deep Dive
The episode begins with a personal anecdote about experiencing unexpected turbulent weather in the White Mountains, setting the stage for a discussion on the complexities of turbulence.
- Unexpected weather changes in the White Mountains illustrate turbulence.
- Turbulence is the chaotic behavior of fluids like wind and water.
Shownotes Transcript