写于 2017-04-04 02:24:31| 金沙平台| 总汇

在模拟热等离子体中的受激湍流期间的这些快照显示了能量密度

在明亮的区域,能量和温度在每种情况下都是最大的

David Radice / Luciano Rezzolla(AEI)新的计算使科学家们能够更好地理解天体物理现象中的湍流过程

美国诺贝尔物理学奖获得者理查德·费曼曾将湍流描述为“经典物理学中最重要的未解决问题”,因为不存在从第一原理出发的现象

这仍然被认为是当今数学中六个最重要的问题之一

来自波茨坦马克斯普朗克引力物理研究所(阿尔伯特爱因斯坦研究所/ AEI)的David Radice和Luciano Rezzolla现在朝着解决这个问题迈出了重要的一步:新的计算机代码第一次提供了相对论计算,为科学家提供了一个更好地了解可以在天体物理现象中发现的湍流过程

湍流非常普遍,在物理过程的动态过程中起着重要作用

我们每天都遇到湍流,例如每次我们混合牛奶和咖啡,或者汽油 - 内燃机中的混合物,或星系间介质的稀释热等离子体

早在15世纪,莱昂纳多达芬奇就研究过湍流漩涡

在19世纪,Claude Navier和George Stokes制定了描述流体和气体运动的方程式

相应的“Navier-Stokes方程”也可用于描述湍流

然而,使用简单的几何和能量论证,俄罗斯数学家安德烈科尔莫戈罗夫在第二次世界大战期间发展了一种现今仍然有效的湍流现象学理论

尽管Kolmogorov的预测已经在许多条件下得到验证,但仍然缺乏湍流的基本数学理论

因此,“对三维不可压缩Navier-Stokes方程解的存在性和规律性的分析”列在未解决的数学问题列表中,剑桥/马萨诸塞州的Clay数学研究所为该曲调提供了奖金

其解决方案在2000年为100万美元

“我们的计算并未解决问题,但我们正在证明以前的理论必须进行修改以及如何进行

这使我们更接近于描述湍流的基本理论,“AEI数值相对论理论工作组负责人Luciano Rezzolla说

Rezzolla和他的同事David Radice研究了相对论速度和能量条件下的湍流,例如那些预计在黑洞附近或早期宇宙中的湍流;在这两种情况下,流体运动都接近光速

研究人员使用虚拟实验室来模拟考虑相对论效应的这些情况

在AEI和Garching计算中心的超级计算机上解决了相应的流体动力学非线性微分方程

“我们的研究表明,Kolmogorov对相对论现象的基本预测必须进行修改,因为我们正在观察异常和新的影响,”Rezzola说

“有趣的是,最重要的Kolmogorov理论预测似乎仍然有效”,Rezzolla在提及所谓的-5/3 Kolmogorov定律时指出,该定律描述了系统的能量如何从大漩涡转移到小涡旋

通过他们的工作,科学家们还希望帮助制定一个全面的模型

“我们现在迈出了第一步,”Luciano Rezzolla说

“我们打算改进计算机代码,以获得关于相对论湍流基本属性的进一步知识

”出版物:Radice,D.,Rezzolla,L

,“热等离子体的相对论湍流中的普遍性和间歇性”,2013,ApJ

766,L10; doi:10.1088 / 2041-8205 / 766/1 / L10 PDF研究副本:热气体相对论湍流中的普遍性和间歇性资料来源:马克斯普朗克研究所图片:David Radice / Luciano Rezzolla(AEI)