物理學家逆轉了能量在亂流中的流動方向，扭動了一條80年的定律

在一層旋轉的薄薄的水裡，物理學家讓能量倒著流了起來。它既沒有像瀑布那樣向越來越小的渦旋跌落，也沒有向越來越大的渦旋攀升，而是隨研究者的選擇而定——取決於他們如何擺布那些攪動它的力。這一結果挑戰了一條塑造流體物理八十多年的假設。

八十多年來，關於亂流的通行圖景一直是一條單向的級聯。在河流或開闊海洋的三維流動中，人們認為能量穩穩地從大渦旋下行到小渦旋，最終化作熱量散去。而在薄薄的、近乎二維的層裡，這條級聯被認為會反轉，由小渦旋反過來餵養更大的渦旋。無論哪種情形，方向似乎都由流體所棲身空間的幾何所鎖定。

這項新工作把方向從流動的維度中解開。研究者發現，決定方向的，是流體每一點上兩個量的對齊：擠壓它的應力，以及它因而經受的形變。調好力與位移之間的夾角，能量便可被推著沿尺度的階梯向上或向下。容器的形狀不再是宿命。

為了證明這一點，團隊用磁力驅動一層很淺的導電液體，撒入示蹤顆粒，並拍下它們如何運動。透過重新塑造施力的樣式，他們在同一套裝置裡既造出了能量正向傳遞的流動，也造出了反向傳遞的流動。對同一裝置所做的電腦模擬重現了這一切換——正是這種吻合，把一幅令人驚訝的圖像變成了一次測量。

駕馭這條級聯具有現實的延伸。能量在流體中流動的方向，主宰著各種東西如何在其中散布，因此引導它，或許能改變一段海岸如何驅散一縷污水羽流、一塊微流控晶片如何為一次醫學檢測混合極微小的液量，又或能量如何在氣候模型試圖刻畫的分層流動中穿行。

這次演示活在一個被精心控制、本質上二維的系統裡，而不是一場風暴或一道深層洋流那種雜亂的三維亂流之中。對方向的同一種掌控能否在完全三維、高能量的流動裡倖存下來，仍是一個懸而未決的問題，而從實驗室托盤跨越到大洋，是一道很大的鴻溝。原理如今已經確立；它的適用範圍還沒有。

這項研究由匹茲堡大學牽頭的團隊、聯合都靈大學完成，並發表在《科學進展》（Science Advances）上。該團隊的下一步，是檢驗隨著流動變得更厚、更富能量，這種透過張量對齊實現的掌控究竟能延伸多遠——而真正的亂流，大多正棲身於那個區間。

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