2021年4月16日17：50，由西安建筑科技大学力学技术研究院（IMT）开展的力学家访谈，在腾讯会议线上进行。本期访谈的嘉宾是澳大利亚国立大学夏华教授
线上访谈掠影
力学家访谈源于对力学家的致敬，希望以访谈的形式请他们分享自己的学术成果、科研心得、新思想，以此激励学生的科学研究激情。采访内容如下：
问：普适认知中，湍流是一种能量耗散机制，而您的研究中却提到从湍流传播过程中提取能量，想请您为我们讲解一下这一能量积累原理。
答：湍流源自于能量耗散的需要，当外界能量输入某个系统后，若不能在该系统尺度上被耗散，就会产生湍流现象。常规运输机制会将能量传输至容易被耗散的地方，这一过程在三维湍流系统中体现为能量被传输到非常小的尺度。从另一个角度出发，二维系统中能量从小尺度传播到大尺度过程中会逐渐积累，虽然理论上来讲积累地能量能够被提取出来，但是提取过程难度较大不容易实现。二维湍流实验中有一个非常重要的现象，被称为二维光谱凝结：若能量从小尺度传输至系统尺度后未被完全耗散，将会产生一个大能量连续结构，打破系统平衡并释放多余的能量。我们可以利用这一原理，为系统引入特定边界条件破坏其平衡性，这样就可以将能量从该系统中提取出来。
问：借助液体表面波驱动物体运动是个非常有趣的研究问题，请问您得到这个课题的契机是什么呢？
答：对所有的二维系统来说，不论是液体表面波驱动，还是电池驱动均可以有效控制物体运动方向。该课题来源于实验与理论之间存在的一些小差异，虽然通过高雷诺数的数值和理论计算，得出湍流是各向同性的结论，但是我们在实验中无法获得足够高雷诺数，从欧拉角度来看，这就是湍流，然而从拉格朗日角度分析，却不是各向同性的，这就是所谓的相干结构。如果相干结构存在，我们就可以用这种湍流的相干结构来驱动不同尺度物体的运动。
问：流体物理中的许多重要问题，如湍流，您认为其研究对日常生活和社会发展具有何种影响？
答：流体物理是很多工程和技术研究的基础，从微观的细菌研究到宏观的星系碰撞，很多跨学科研究都离不开流体物理理论的支持，可见湍流问题的有效解决，对社会发展具有极为积极的影响。流体物理不仅仅是一个单独的学科，往往需与其他学科相互交叉、相互联系，其发展深刻影响着人类科学进程。
问：液体表面波能控制固体表面菌落情况，是否能借助这一功能进行管道内壁清洁？
答：这是一个非常有趣的问题，想要达到清洁管道内壁这一目的，需要输入很大能量，目前实验手段所能达到的输入标准还不满足要求。我们更应该关注问题本身而非其答案，刚开始研究这个课题时，我也抱有同样的想法，希望可以利用液体表面波动能清洁管道内壁，说的具体一些应该是希望阻止细菌生物膜的形成，这正是管道内壁清洁的关键所在，如果能够阻止生物膜的形成，将会是一个非常大的贡献。但令人沮丧的是我们在实验中发现，表面波不仅不能阻止细菌生物膜的形成，而且会促进这一过程。
问：您能分享一下您是怎么想到将法拉第波应用于实际中的呢？
答：不论在国内或是国外，我们做研究的一个最主要的想法是将所研究的问题与实际问题相结合，同时我又对法拉第波的输运机制比较感兴趣，所以就将这个课题继续扩展。其中一个想法就是利用法拉第波产生微尺度的驱动力，并对微观粒子的运动进行研究。但是从技术上来讲，这种人工驱动非常困难，因为需要持续的提供能量，而且这些温度粒子会产生随机运动，于是我们就产生了用细菌替代微观粒子的想法，给它提供适宜的生存环境和足够的养料使其不停运动。通过与生物学家和物理学家的交流，不同学科中对“细菌”一词的定义也是不同的。物理学家将细菌群类比于流体，从而进行细菌群湍流方面的研究。但从生物学家的角度来看，并不是所有细菌都可以运动，大部分细菌存在生物膜。综合上述信息，因此，我们决定将研究问题定为用法拉第波控制细菌生物膜的形成，这样就可以和实际应用联系起来。
问：您能简要介绍一下“波基超材料”的应用前景吗？
答：波基超材料是利用一些线性波的叠加来控制物体流动，我最近正在进行的一个课题就是利用超材料来控制带自旋粒子的运动，利用粒子自旋的方向和超材料中流体的运动方向不同，可以用来分离各种不同粒子或将其运输至特定位置。当多个线性波叠后，所得结果也会存在自旋特性，这与电磁波、光波和量子力学方面的某些概念不谋而合，这表明波基材料在基础物理方面也具备一定的应用前景。
采访人：郭晓琳
撰稿人：郭晓琳
校对：张振子
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