萧箫 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
困扰了流体力学领域一个接近100年的公式，终于被科学家们完整地找出来了。
这个公式与流体中的一种复杂的流动状态湍流有关，与之对应的是层流现象。
湍流问题非常复杂，是物理力学中最难的几个问题之一，量子力学创始人之一海森堡就曾经说过：
我要带着两个问题去见上帝：相对论和湍流。我相信上帝只对第一个问题有了答案。
湍流中的一个研究方向，是探索它在边界层的运动。像水流急速冲刷玻璃板表面时，和玻璃板表面相互作用形成的湍流，就叫边界层湍流。
1920年，科学家们发现了边界层湍流这一现象，但却一直没能求出精确描述它的公式。
终于，在100年之后，来自UC圣芭芭拉分校、奥斯陆大学和北航的几名科学家们，解决了一个关键问题后，最终完整地推导出了边界层湍流的描述公式。
目前，研究已经发表在《物理评论研究》上。
边界层湍流长啥样？首先我们需要弄明白，边界层湍流究竟是什么。
湍流是我们日常生活中一个非常常见的现象，像香烟放出的烟雾、空气的流动、河水的急流都属于这类现象。
这种现象非常复杂，目前仅靠数学方法解非线性方程（描述控制湍流运动的Navier-Stokes方程）的方法，还没有取得太大的进展。
然而，人们在造飞机、研究轮船汽车时又极其需要减小湍流带来的摩擦阻力，因此他们从工程应用上开始对湍流分门别类，具体问题进行具体研究。
湍流分为好几种类型，包括各向同性湍流和剪切湍流。
具体到剪切湍流中，又包括自由剪切湍流（射流、混合层、远场尾流）和壁湍流（槽道、圆管、边界层）。
其中，边界层湍流是壁湍流（wall turbulence）的一种，描述的是流体在靠近壁面时，与壁面相互作用产生的湍流。
例如，匀速运动的流体在经过一面墙壁后，会先形成一层稳定的层流边界层（图中蓝色部分），再形成湍流边界层（图中红色部分）。
