湍流系统中的阵发非完美位相同步和能量爆发

摘要

湍流现象广泛地存在于自然界的各个领域,关于湍流发生的机制成为一个多世纪以来人们不断探索但尚未完全解决的难题之一.在强湍状态下,系统不时地会突然聚集起巨大的能量,这对人类活动可能产生重大影响.作者利用一个典型的模型说明,在适当的参照系下,湍流波动可以等价地变换为在势阱中相互耦合的一组振子的运动;作为非线性系统自组织的结果,不同空间尺度的振子可以阵发地调节到非完美的位相同步,在同步发生的瞬间,虽然每个振子的位相和振幅的运动看起来仍很紊乱,但振子间的位相差却很小,并且它们的振幅几乎同时达到极大,引起系统整体能量爆发.