兩個旋渦碰撞動力學的三維重建。圖片來源：Ryan McKeown/HarvardSEAS

湍流無處不在——它使我們的飛機嘎嘎作響，并在我們的浴缸里形成小漩渦——但它是古典物理學中最不為人所理解的現象之一。

當一個有序的流體流破裂成小漩渦時，就會產生湍流。這些小漩渦相互作用，并破裂成更小的漩渦，這些漩渦相互作用等等，成為混亂無序的漩渦，使白水漂流變得如此有趣。但是，陷入混亂的機制讓科學家們困惑了幾個世紀。

當他們不明白某件事時，物理學家有一個解決辦法：把它粉碎在一起。想了解宇宙的基本組成部分嗎？把粒子粉碎在一起。想解開湍流的基本機制嗎？把漩渦粉碎在一起。

哈佛大學約翰·A·保爾森工程與應用科學學院（SEAS）的研究人員可能已經發現了一種基本的湍流形成機制，即渦流環迎面相撞，用超高分辨率相機記錄結果，并使用3D可視化程序重建碰撞動力學。再加上休斯頓大學（University ofHouston）和ENS de Lyon的合作者所做的數值模擬分析，研究人員對流體系統如何從有序轉變為無序獲得了前所未有的見解。

漩渦炮在一個75加侖的水族館里開火產生漩渦。每個漩渦都被染上了不同的顏色，因此研究人員可以觀察它們是如何相互作用的

每個漩渦都被染上了不同的顏色，因此研究人員可以觀察到它們在劇烈碰撞時是如何相互作用的。碰撞后，光環消失在一團染料中不到一秒鐘，但在這段時間內，許多物理現象發生了。

當旋渦碰撞時，邊緣形成反對稱波。這些波的波峰發展成手指狀的細絲，在碰撞的核心之間垂直生長

首先，環相互碰撞時向外伸展，邊緣形成反對稱波。這些波的波峰發展成手指狀的細絲，在碰撞的核心之間垂直生長。這些細絲和它們的鄰居反向旋轉，形成一個新的微型漩渦陣列，相互作用毫秒。這些漩渦也會形成細絲，而細絲又會形成漩渦。研究小組觀察到這種級聯循環的三代，每一代都和以前一樣，只是更小——一個俄羅斯的無序筑巢玩偶。

除了實驗之外，研究小組還開發了數值模擬，以了解擊穿的動力學，并量化級聯的能譜如何演變。湍流有一個非常具體和明確的能譜。

雖然這個系統比使飛機嘎嘎作響的湍流簡單得多，但研究人員發現，漩渦晚期破裂時的能譜與完全發展的湍流具有相同的指示尺度。