巴塞罗那大学 特征尺寸的无序涡旋模式
颜色代码指示液晶的局部取向
学分:巴塞罗那大学 湍流是混沌的，但具有普遍的统计特性
近年来，在活性流体如细菌悬浮液、上皮细胞单层以及生物聚合物和分子马达的混合物中发现了看似湍流的流动
在《自然物理学》杂志上发表的一项新研究中，来自巴塞罗那大学、普林斯顿大学和法国大学的研究人员表明，活性向列相流体中的混沌流是由不同的普遍标度律描述的
湍流在自然界中无处不在，从恒星中的等离子流到地球上的大规模大气和海洋流，通过飞机产生的气流
湍流是混乱的，不断产生漩涡并分裂成更小的漩涡
然而，当从统计学意义上考虑这种复杂的混沌行为时，湍流遵循普遍的标度律
这意味着湍流的统计特性在湍流产生的方式和我们所观察的特定流体的特性(如粘度和密度)方面都是独立的
在发表在《自然物理学》上的这项研究中，研究人员在活性流体的背景下重新审视了这个普遍性的概念
在主动湍流中，流动和涡流不是由某些外部因素(如大气中的温度梯度)产生的，而是由主动流体本身产生的
这些流体的活性依赖于它们内部产生力的能力，例如由于细菌的游动或分子马达对生物聚合物的作用
大尺度的大尺度环流比底层涡旋模式的特征尺寸大得多
学分:巴塞罗那大学 “当这些主动力足够强大时，流体开始自发流动，由主动过程注入的能量提供动力，”普林斯顿大学博士后李嘉德·阿赖尔解释说
当主动力很强时，这些自发流动变成了自生涡流的混沌混合——我们称之为主动湍流
作者聚焦于一种特殊类型的活性流体:二维活性向列相液晶，它描述了细胞单层、生物聚合物悬浮液和分子马达等实验系统
大规模的模拟表明，活跃的流动组织成一个特征尺寸的无序的涡流模式(图
1，左侧)
研究人员随后在比涡流特征尺寸大得多的尺度上研究了流动(图
1，右)
他们发现，这些大规模流动的统计特性遵循一个明显的比例法则
“我们证明了这个标度律是普遍的，独立于活性流体的特殊性质，”巴塞罗那大学复杂系统研究所的贾梅·卡萨德蒙特教授指出
该标度律在活性向列相流体中等同于安德烈·科尔莫戈罗夫1941年经典湍流标度律，但具有不同的指数，该指数是由无惯性粘性流和活性流体的内部自组织作用力的组合产生的
这项研究的另一个引人注目的结果是，在给定尺度下由主动力注入的所有能量都被同一尺度下的粘性效应所耗散
因此，与经典湍流形成鲜明对比的是，没有能量被转移到其他尺度
“在模拟和分析中，研究人员证明了最小活性向列相流体以这样一种方式自组织，即活性能量注入在每个尺度上精确地平衡能量耗散，”法国学院的让-弗朗索瓦·琼尼总结道
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
