流体力学方法在物理领域新拓展需要大量新力量,愿意参与探索吗?

yuren2

在我国以流体力学方法进行超光速研究的历史回顾  

  这项对物理发展作用很大的探索研究。早在七十年代中科院数学所长秦元勋就提出超光速时洛伦兹变换要变号，要把（1－M2）1/2变成（M2－1）1/2，M＝V/C。90年代北师大曹盛林教授按照超新星资料拟合的曲线也吻合上面的结果。这正是空气动力学的性质。也是百年前洛伦兹本人始终坚持的那个假设，即仅在密度不变的波动方程的运动方向加一个如上的系数就可以解释迈克尔孙莫雷实验。洛伦兹本人万万没有想到,他的这个变换得到的方程竟然是一个小扰动声学方程,如果他不把这个方程用固体越走得快就越短来解释,也许还不会被后来的主流物理界否定。

      现在刚被认可的暗能量研究,都是用N-S方程类似的方程来计算的。和空气动力学不同在于采取了密度不可变化的状态方程，因此算完后要附加一个变换，理论物理学称之为相对论变换；或者通过度规不变性的假设附加一个方程。这附加方程叫度规不变性。其实这种解法的恰恰等于空气动力学方法里面一种叫相似变换的近似算法.空气动力学在上世纪末以前这种算法应用还很普遍,当时的学生都要学习这么一种近似算法，就是先按照密度不变的方程算一个“静止的结果”，然后再加上密度改变所需要的变换。其实这些步骤都和变换的式子的主部都是和隐物质一样的，都是X方向缩短（1－M2）1/2；或者Y方向增厚这么多,两者不同在于,暗能量计算那边叫做相对论的"尺缩变换",这在空气动力学里面叫做相似变换（哥劳沃变换，普朗特变换）。前者把变换赋予了闵可夫斯基时空的意义,后者把变换只看作近似计算的辅助函数一类小把戏,两者在空间上得到的结果是一样的.

        空气动力学原汁原味的方法则不需要附加这个变换,因为他唯一不同在于采用密度变化的状态方程，所以它可以不需要附加假设和方程得到同样结果。   而且相对论的处理方法,等于增加了一个附加假设，这还不说达到光速是质量无穷大，超过光速会有复数出现，于是跟随产生回到过去，穿越时空的假设,这些都是相对论的死穴。
    其实这些困难，连续介质力学发展中也遇到过，音速点按照小扰动近似理论也是无穷大，拿亚音速的方程算超音速也有复数产生，称之为复特征线方法，气动设计手册上都介绍过。所以西安的很多专家也积极参与，在这种情况下西北工业大学受国防科工委委托，在2003年校庆活动中召开“相对论和现代物理创新国际会议”。当时有些人说光速比音速高近百万倍，两个物理性质会有质的不同！但是光和声的无量纲方程是完全一样的，那么就意味着规律是一样的。在关键时刻,会议得到了中国电子学会电磁波波速问题专家组的支持,这个专家组是电子部副部长孙俊人授意成立的,目的就是讨论超光速.专家组长黄志洵还特别写了一篇文章大会宣读.
    接着,宋健院士在2004年底以航天航空部以及原电子工业部的专家和科学家为主召开了“光障和宇航科学讨论会”。那次在会上，宋健院士和清华白同云教授提出了一个国外报道上提到的修改相对论的方案，把相对论中的V/C的改成V/C0就可以达到超光速，C0是比光速C略大的一个数，与会学者追问怎么来的，做的解释很清楚，这就是钱学森的卡钱公式，这是连续介质力学的一种近似表达。
  从理论背景的介绍来看，连续介质方程可以推导出麦克斯韦尔方程组，以及这种学科的理论也可以在实验上应用.
     按照这种理论,和拉瓦尔喷管减低密度和截面扩张一样,加速器可以通过减小能量而加速超过光速。中国科技大学的加速器学术委员会主任裴元吉也同意试一下在加速器电子被加速到0.99999倍光速时不再增加能量反而减小能量，看看会不会有超光速电子出现，宋健院士很兴奋，会间说：“我一直找这么一种理论，这种流体力学的解释比我说得清楚，（陈）佳洱同志你看能不能做一下......”,陈佳洱院士也答应回去考虑一下。
   香山会议后,一部分同志在传媒大学博导黄志洵教授倡导下成立了北京基础科学讨论会，每两年讨论一次这些问题。宋健院士召集几个其他院士办了前沿科学杂志，专门支持不见经传的探索。

近年来空气动力学方法对现代物理学的促进    

    现在理解的人逐渐增多起来，从连续介质方程推导出的电磁场方程，可以作为一种计算电磁场的方法，它被东北大学作为申请教育部重点基金的理论基础，进行数值计算，取得了成果。
   作为类似理论的隐物质，暗能量探索，过去也不被认可，但是现在已经列入自然科学基金，其中九院和北京的院所最为积极。但是这些新被认可的方法有一个共同特点,虽然用了流体力学方程组,但是状态方程还是密度不可变的"状态方程",所以他们在计算分析的最后一部,还要把"密度变化的效应"补充上去,就是类似空气动力学那样加一个变换,和空气动力学一样这个变换也有各种不同的写法,洛伦兹原来提出的变换就是和空气动力学的变换完全一样的,爱因斯坦提出的变换在空气动力学热力学家夏皮罗的书中也提到过,也可以在空气动力学计算中把它当作一种近似程度比较差的方法来用.

欧洲中微子实验的消息对国内的触动

当年和钱学森一起回国的罗时均教授立即在美国给国内外同行和学生写信要注意此动向。
2011年11月7日，《科技日报》社主办《超光速科学问题学术研讨会》，中心议题为“欧洲科学家的超光速实验与中国科学家的责任”。原科技部副部长程津培院士、中国工程院院士张钟华参加了会议。程津培说，欧洲OPERA实验是探索单程光速能否超c，是重大挑战性课题，关系到理论上的原始创新。科学问题有争论是正常的，对相对论提建设性意见是允许的。当前我国科学界的原创性思维很不足，故我们要提供一种宽容性的环境允许不同意见的发表。希望以后能有一批年轻的专家坐在前排，担任主攻。另外还希望在坐的同志搞好普及，要想法让大家都知道，都明白，起码要记者也能明白。

张钟华院士讲宋健院士给他打了电话，电话中给他说要支持这项研究，他接着说：“做科研就要有一种精神，要甘于寂寞，即使不被主流认同也要坚守，这是科学追求的真谛。......尽管挑战传统理论非常困难，但我们也应该勇敢去做。”会议共有9个人做了学术报告，美国阿巴马大学张操教授、国防科技大学原激光教研室主任谭暑生教授、航天部导航研究所首席科学顾问林金研究员等都谈了光速可变问题及超光速的理论，中国传媒大学博士导师黄志洵教授、中国科技大学原加速器学术委主任裴元吉教授，西工大杨新铁副教授联合作了题为“电子的加速器超光速实验方案”的报告。提出利用连续介质力学的数学结构可以解释相对论现象；在超光速时的数学方程是双曲型的，故在超光速区要减小能量才能加速。过去所有加速器设计一味加大能量，这方法不能用于超光速研究。建议加速电子到光速后（如反相、量子势垒等）减小能量，以期发现速度比c大的奇异电子。中国科技大学国家同步辐射实验室教授裴元吉还特别讲了如何设计相速1.05c的加速管（长1.2m）；产生束团长度ps级的电子束；然后调节移相器测量不同相位时的束流能量。通过初步实验寻找疑点和原因。

会后大家还不断讨论，北京航空学院理学院江兴流教授提出了俄罗斯做过的一个实验，也是电子被脉冲加速打向一个标靶，然后在标靶后方2公里处发现62倍光速的作用。另外经过讨论，还可以对同步辐射加速器电子在转弯的时候失去能量的特性进行分析，来探讨超光速区的鞍点特性和间断特性。这些都是和空气动力学模型的数学规律类似的。
尾声
这次会议《科技日报》于11月10日在头版作了报道，会后程津培院士打电话给黄志洵要求积极跟进，有问题找也参加会议的科技部基础司彭司长，在一个星期前前召开的纪念钱学森百周年诞辰会上宋健院士又针对当前科学界缺少领军人物提出：“答案就是没有‘淮海战役’。有大战役才有领军的统帅，要敢于干科学大工程，只有在大的科学工程取得胜利的时候，领军人物就必然会出现。”可悲的是，现在做跟踪得多，做原创性的基本不被认可。

     有些事情令人难忘，八年前，相当大一批研究生和本科生怀着对基础理论基本问题探索的热情和浓厚兴趣，志愿报名参加相对论和现代物理创新国际会议服务者队伍。他们为会议组建网站、组织起接待信息中心、和美，俄，加，英，法，意，波兰，印度等各国专家联系接待事宜，应急处理一切紧急事件，使来宾感到浓厚的温情。他们用青春的活力，对科学的执着，无私的奉献，为会议增添了亮色.与会专家为大学生做的报告水泄不通.显示出年轻学子对探索的渴望.这个会议过去了,但是留下的影响还在,以后还有不断的探索,呼唤着年轻人的参与.
也衷心希望明天有这么一批年轻人成为中国自主创新的脊梁。

[ 本帖最后由 yuren2 于 2012-1-28 01:58 编辑 ]

onesupeng

愿不愿意和我们没有关系的吧？

yuren2

原帖由 onesupeng 于 2012-1-26 19:56 发表

                               
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愿不愿意和我们没有关系的吧？

   美国AIAA Peper 99-0562 发表宇航工程师,AIAA会员Paul A.Murad也发表文章提出用粘性流体方程消除相对论比表达是里面的奇点,并把质能关系延拖到超光速领域,他自己声称做完了用速度势表达的推导过程,但是不可信,现在没有任何一个人把这个推导做出来,很多空气动力学的宗师和大佬们亦声称年迈体弱,也已经不能完全胜任,指指方向倒是可以,比如,把M数作为小参数展开,简化,整理,之类;兰州大学数学系罗学波教授也曾经着手进行探索,出师未捷,癌症去世,这个工作基本停顿,需要头脑更快更深刻的数理基础更杂实的一代人.
下面是Paul A.Murad的摘录:

NS 方程的一般表的形式为:
d f/ d t + d Fx/ d x + d Gy/ d y = d Hx/ d x +d Hy/ dy ................
其中符号? ( ) 表示偏微分.里面含有(1-β 2) 刚好是爱因斯坦的质能关系和洛伦兹变换因子,假设真空还是有物质存在,并且近似满足纳维尔斯托克斯方程,如果能够从他里面把(1-β 2)提取出来,就造成了新的相对论方程,但是可以包括超光速.他假设提取因子後的'势矢量'为f, 于是从上面的NS方程可以定义(关键在这一步,如果用小扰动速度势写成一个方程,其证明教科书上都有,但是分开来,就是没有人吃过的螃蟹了):
(1-β 2)/ μ * d f/ d x = Fx-Hx; 1/μ * d fd y = Gy-Hy;
这里β=v∞/C, 而μ是个积分因子.
把f的定义带入NS方程得:
df/dt + (1-β2) * d [d f/ dx/μ]/ dx + d [df/dy/μ]/ dy
进一步写成
μ*df/dt + [(1-β2) * d 2f/ dx 2 + d 2f/ dy 2]
=1/μ*[(1-β2) d μ/ dx *d f/ dx + d μ/ dy*d f/ dy]
对于定常流:
[(1-β2) * d 2f/ dx 2 + d 2f/ dy 2]
=1/μ*[(1-β2) d μ/ dx *d f/ dx + d μ/ dy*d f/ dy]

把这种关系利用到涡动力学上,以便和电磁场的涡方程相联系,找出相同规律,从colloco's涡理论,基于不可压流涡动理论的基础上延拓出来.新的因子提出了建立在连续,动量,能量原始定义基础上的广义可压缩旋涡矢量的定义.这样定义的广义涡采用x 定义 ,写出来就是:

μ* x = μ [d (Fx-Hx)/ dy -(1-β2) d (Gy-Hy)/ d x]

=d μ/ dx*(Fx-Hx)- d μ/ dy *(1-β2)* d (Gy-Hy)/ dx

特殊情况下无旋流动方程简化为:

μ [d (Fx-Hx)/ dy -(1-β2) d (Gy-Hy)/ dx]=0

当涡在流场改变时其表达式变得复杂:

x'= [x [1], x [2], x [3], x [4]]; 且 x' = x/(1-β2)^(1/2)

其中: x [1]= dρu/ d y - d ρ v/ d x' + u d ρ/ dy-v d ρ/ dx'

ρ 是密度,当然可以验证,不可压流,涡强就是速度的旋度.后面以此用在电磁场理论中.可以看出Paul A.Murad的理论没有光速奇点,可以发展到超光速,显然paul已经注意到了相对论的质能关系转换因子和可压缩因子都是一回事情,已经开始从粘性流体方程着手,去提取这个因子,但是由于NS方程的复杂性,他声称办到了,但是他没有拿出来,说明他也没有推导完这个工作,

谁愿意做,做出来就是破天荒的,这个工作可以撼动相对论的理论基础,让洛伦兹在百年前为迈克尔孙莫雷实验提出的假设在可压缩声学方程的基础上重新被承认
    另外这个证明还对湍流的雷诺应力项的表达有深刻意义,因为雷诺应力项是流场的欧拉项经过时间平均生成的,而湍流结构中那个底层只在湍流能量的不断生成问题上面有意义,在附面层里面占统治地位的还是次层,这里雷诺应力占主导地位,这样这个提出来的因子在时间平均的时候还会留在一部分雷诺应力项里面,就是说雷诺应力项也有很大一部分满足相似变换.其占的份额多少还要进行进一步分析
谁都可以,把时间挪过来,试一试,为了节约时间,建议用maple或者matlab来推导,maple5就很好了,展开,高次小扰动项除掉,简化都能胜任,关键就是计算机推导缺少一点灵感,40岁以下的人比较容易上当受骗,但是灵感也多,希望上楼主当的人越多越好.都加入这个敢于怀疑和敢于动手的队伍,因为是业余在做,所以也不怕主流封杀饭碗,没做出来也不丢人,除了损失时间,其他也没损失什么,反正过年呢么?!

[ 本帖最后由 yuren2 于 2012-1-28 01:52 编辑 ]

uesoft

谁都可以,把时间挪过来,试一试,为了节约时间,建议用maple或者matlab来推导,maple5就很好了,展开,高次小扰动项除掉,简化都能胜任
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这个建议很好！

yuren2

美国在搞光纤里作的风洞激波的模拟实验，光纤里面的光属于电动力学领域，但是类似风洞里面的激波却是空气动力学的效应，看起来风马牛不相及，但这个试验竟然就把电动力学和流体力学实验从基础上联系到了一起。
     既然在光纤里面用光把空气动力学试验的激波都打出来了，那么为什么介质里面的麦克斯维尔方程组还一直用所谓的本构非线性来解释呢？打开这个局限，在非线性系数上改进介质内的麦克斯维尔方程组，使得能够满足激波的产生，那最简单的办法就是引入可压缩的介质方程，这方面也可以有添加源项办法来做，如同一些教授作了马赫角与马赫数关系的推导，他们的主要的创新点是用电动力学的推迟势的办法算激波斜角。但是出发点也是介质运动。