2019-11-07 05:52:01
研究人员在两个维度上模拟雪崩

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在超市货架上的那盒米饭脆皮里面有一个结构性的雪崩。康奈尔大学的研究人员现在更接近于了解这些结构的行为,在某些情况下,它们的行为异常。

由艺术与科学学院物理学教授詹姆斯·塞斯纳(James Sethna)领导的研究人员首次绘制了二维噪声的模型。他们的论文“二维雪崩的异常缩放:在较低的临界维度上固化刻面和缩放”已于10月30日发表在《物理评论研究》上。该论文的主要作者是M.S.的Lorien X.Hayden。 '15,博士'19,共同作者是M.S. Archishman Raju。 '16,博士'18。

牛奶通过称为“流体入侵”的过程进入稻米脆皮,这类似于石油工业将加压水泵入多孔砂岩中以挤出石油的方法。产生的噪音-谷类食品中著名的“啪啪,啪啪和啪啪”声-是一种微小的“雪崩”,表示爆米花中突然有牛奶侵入毛孔。每个雪崩本质上都由其自身的较小版本组成,该比例由“幂定律”分布塑造。爆裂声还描述了地震,磁铁和许多其他系统。

该论文的资深作者塞思纳说:“我们知道如何处理幂律定标,但是我们已经认识到,很多有趣的物理问题使幂律定标不起作用。但是在当您放大事物时,会看到看起来相同的事物。”

研究人员以前通过称为Widom缩放的过程在三个,四个和五个维度上对脆声进行建模,这是一种由化学和化学生物学名誉教授Benjamin Widom开发的解决临界点异常的方法。关键点是系统或物质形式过渡到新阶段的时刻。

这些时刻通常以不正常的行为为标志,而幂律似乎并不适用。

塞思纳说:“我花了20年的时间困惑于如何在二维上分析这个非常简单的模型。” “我可以模拟它,但是我无法进行Widom缩放。我无法找出替代幂律的东西。这激怒了我。所以我开始研究其他问题,比如50岁的问题,也没有人做。”

Sethna的解决方案是转向另一位具有开创性的Cornellian的工作,即已故的物理学家Kenneth G.Wilson在Widom的研究中扩展了他在量子场上的数学方案,即重归一化组的研究,并因此获得了1982年诺贝尔物理学奖。

塞特纳说:“肯·威尔逊(Ken Wilson)对了解材料经过临界点时的行为感兴趣,因为它们以定性的方式改变了它们的行为。” “我们通过对肯·威尔逊(Ken Wilson)重归一化组的预测进行了更精细的分析,从而找出了如何对Widom的方法无法使用的系统进行Widom缩放的方法。”

通过将康奈尔大学发展的数种数学方法结合在一起,研究人员通过一种新的理论方法和模拟方法解决了几十年的问题,为全面理解雪崩和爆裂噪声在临界点附近的行为迈出了重要的一步。

赖斯脆片可能再也不会看起来或听起来一样了。

塞斯纳说:“我认为,由于我们在很多情况下并不真正了解过渡的确切性质,我们感到非常沮丧。” “而且,这是我们第一次真正对它进行了整理。至少其中有很多。”

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