Re: [閒聊] 現實世界有哪些原理不明的科技

[iuvat (disquietude)]

原文吃光光，

因為小的是做流體力學研究的，雖然不是氣體動力學所以原本沒有很想要回文，不過

看到大家這麼踴躍的講一些有點微妙的東西，所以跑來拋磚引玉一下。

1.飛機的力學算的出來嗎?

答案是你可以估計，但你算不出來，這個問題牽扯到我們流力最重要的方程式

Navier-Stokes Equation，他的概念很簡單就是牛頓第二運動定律配合連續體的概念

，基本上隨便一個教科書都可以找到詳細的微分型式的推導，然而正是因為他的微分

型式的長相太美妙了，其大域平滑解至今仍未有科學家解的出來，那你可能會想說，

那我們這群做流體力學的在幹嘛，答案就是利用各種手段去描述或簡化其方程式以達到

一定的解析度，所以你說他算的出來嗎?我傾向說我們可以努力去理解他但目前還有

很大段距離。

2.升力是不是一個被討論到爛的題目?

答案是錯，即使到近年來他還是一個很熱門的研究領域，特別是法國，他們很多間學校都

以流體力學模擬見長，致力於發展不同的方式去描述理解升力究竟要如何計算，不過網路

上可以找到很多升力的物理意義的式子，就粗淺的理解來說應該算是有共識，但計算上還是

未知的領域。

3.白努利定律到底問題出在哪?

有人提到科學人上面的說明有問題，確實他具有不小的瑕疵，但流體力學畢竟不是當今

顯學QQ所以我們原諒他(?，白努利定律的物理意義非常明確，他是在考慮非旋流以

及無黏流條件下的美麗產物，但問題便是出在，靠近機體旁邊勢必不是非旋流，所以你

要用白努利原理去硬肛飛機的空氣動力學，其實對於其低壓區的產生非常的薄弱，但

其實我還是支持給小朋友用這樣的方式去說明，畢竟他確實很適合當科普教材，我們也

不能說他錯，因為如上面所說，流體力學太難了所以人類也只是試著用各種觀點去切入

而已，我並不覺得他真的是要說到是錯的。

4.飛機的空氣動力學有難度跟統一場論還有統計力學有關係嗎?

答案是沒有關係，今天流體力學的美麗之處就是建立在他是用連續體的想法去切入，你

要一個一個氣體分子去算當然不是不行但我不知道多久以後的電腦才做得到，以現階段

來說，基本上飛機的尺度下是不會突破連續體的條件的，所以專心在連續體的計算是比較

主流的切入點(註:但如果你要考慮會音爆的飛機，音爆的不連續層本身不符合連續體，

所以適用用統計力學切入)

5. 所以飛機算不算原理不明的科技?

我認為這題沒有特別需要回答的，因為我們在做科學研究的時候，一來不會問定義

不明確的題目，二來也不會考慮這種像是茶餘飯後閒聊想要得到的結論，基本上

人類就是非常的渺小，我們在不斷努力增加我們的知識量，沒有甚麼東西是具有完備

的原理的。

6.工程都被討論到爛，生醫才一堆迷一樣的東西?

雖然我估計那個推文者不會看這篇，但我對此感到不太贊成，我不反對生醫複雜度高，

人類對於這類領域的理解很少，但流體力學會缺乏人的關注，說實在是因為他的分析

所需的數學並不是當今人類能負擔的，加上已經能用現在知識發展出不少科技，所以

漸漸的人們不再關注，但他就是難到爆炸然後有一群想不開的人想要繼續鑽研，

所以才繼續會有進展，請尊重所有領域的發展性，我們拿不到太多經費不代表

我們不重要(純粹牢騷

7.影響指數1.6所以不重要?

雖然老實說我滿驚訝科學人有影響指數的，但不好意思，流體力學最頂尖期刊JFM

影響指數只有兩點多，在此建議熱門領域的各位先進們，莫以影響指數當標準，

以我來說，要是我能發表到JFM那個喜悅程度可能會比發表上十幾點的期刊還要

高興好幾倍，那個是對於實驗以及理論上的雙重肯定，他點數少理由也只能說

因為他太難了而且其他領域的人根本不在乎這麼難的領域所以關注度不高，

導致其點數不高。

如果有人看到這裡我在此致上感謝，雖然我個人是覺得討論熱度過了應該沒人要看，

純粹是忍不住想要做一些釐清而已。

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推 peter813270: 推一個
推 Yanrei: 覺得這一串文章討論真的很不錯
推 e5a1t20: 推 完全不懂流體力學
推 WindowsSucks: 推
推 semiacicada: 推，點數2點多真的是苦行
推 Ed860227: IF值真的在生科領域比較看重，但是流體力學讓我想到之
→ Ed860227: 前去中研院的院士在搞的細胞力學，我生科背景的看了頭
→ Ed860227: 也很痛
推 arrenwu: 所以從1.&4. 來看，其實並不是我們沒有方程式去描述，
推 Vulpix: 希望那個方程式有解答的一天，雖然我個人其實不抱太大期望
推 april1: 假裝看得懂推
→ arrenwu: 而是方程式就算列出來，運算量會大到算不出來 是嗎？
推 dderfken: 我那邊好像翻層流
→ Vulpix: 就是了QQ PDE的技術要求實在太高，solve metric with a
→ iuvat: 回個樓上，生物物理又是個更微妙的領域，做生物的覺得太理
→ iuvat: 論，做力學的又覺得不夠理論，我是覺得他們也是很辛苦，上
→ iuvat: 次還有個大師直接嗆生物物理的說你這物理在哪，我聽到都嚇
→ iuvat: 到了XDD
→ Vulpix: given curvature 也是複雜得很噁心……
→ iuvat: 我的樓上指Ed大
推 lucifier: 推
推 hvariables: 那個方程式不是完整的理論就算解出來也無法解所有問題
→ iuvat: 回個arrenwu,基本上就是連續體的牛頓第二定律，但就是算不
→ iuvat: 出來，不過最近有用機器學習來結合力學計算減少計算量，算
→ iuvat: 是目前正在蓬勃發展的分析方法。
推 a58524andy: push
推 arrenwu: 算不出來的意思是「要算很久，久到天荒地老」嗎？
推 drph: 當代生命科學的問題是很多東西(或著說，大多東西)根本還沒“
→ drph: 嘗試”認真用數學和物理模型解釋。也可以說太新太複雜，但事
→ drph: 實上就是這個很多學門都還很年輕、還在觀測現象的階段
→ drph: ＊這個領域很多學門都還太年輕
推 StillAtNight: 推強者我同學
推 Ed860227: 生物物理真的很麻煩，像我剛剛提到生物力學、電生理學
→ Ed860227: ，會太理論的原因就是因為測量上困難度很大，例如：測d
→ Ed860227: na結構要旋轉成這樣力學結構，所以才會很多都用程式模
→ Ed860227: 擬預測
推 DarkyIsCat: 推
→ drph: 比起炒股炒得很兇的那些生技題材，一些比較古早味的學門如生
→ yulis: 你很棒
→ drph: 態學反而使用數學模型的頻率都還比較高
→ iuvat: 回個h大，我部分支持你的看法，如果將Navier-Stokes equati
→ iuvat: on理解成連續體的牛頓第二定律，那所有因素考量便是會影響
→ iuvat: 其作用力項跟座標系的轉換，配上邊界條件跟連續體方程，我
→ iuvat: 個人支持可以解決大部分的問題（算的出來的話）
→ iuvat: 就生物物理來說，我覺得在當今速食文化的學界來說，會遇到
→ iuvat: 很困難的取捨XD大家還是要賺錢養實驗室XD連流力也都有這樣
→ iuvat: 的困擾，求快還是求質
推 longtimens: 好奇是需要參數太多算不出來？還是拿不到足夠需要的
→ longtimens: 參數算不出來，還是都是啊？？
→ iuvat: 然後關於算不出來的問題就是如果不提解析解，就數值解來說
推 hanmas: "算不出來“是什麼意思？ 沒有analytical solution?  pde
→ iuvat: ，問題是網格數量龐大收斂問題多這是偏電腦方面的問題，另
推 Retangle: 這東西再加上球座標跟旋轉座標就變大氣運動方程  更難
→ hanmas: 總是可以用演算法數值模擬的  simulation的error跟runtime
→ iuvat: 外就是如何定義邊界跟作用力的形式，用一個數學的方式去理
→ hanmas: 的關係是？
→ iuvat: 解不同的作用力，這是第二個難題
推 iam1vol: 推
推 hvariables: 問題在於牛頓力學本身就不是百分之百正確的理論
→ hvariables: 就算硬算出來可能還是會有理論無法解釋的現象
→ iuvat: 回h大，就這點我滿支持的，我的論述比較偏我暫時認為目前的
→ iuvat: 流體力學在連續體框架下應該滿足於古典力學，不過確實不保
→ iuvat: 證
推 longtimens: 喔喔！懂了 大概就是為什麼遊戲沒辦法做出完全符合現
→ longtimens: 實物理的虛擬世界的概念
→ iuvat: long大我看到物理精美的都會一邊讚嘆一邊覺得他們有病XD
推 HeterCompute: pde硬幹真的很不容易，電磁波真的算是好算的了
推 dangerousair: 趕快推假裝我看得懂
推 butten986: 現實是很殘酷的
推 darkestnight: 推
推 yannicklatte: 推
推 fight40520: 太美妙了 每個字我都看得懂 這篇文章我卻不知道在講什
→ fight40520: 麼
推 Khatru: 飛機的事應該用牛頓就夠了，我可不認為要相對論修正或是
→ Khatru: 考慮量子的事
推 yellowd54321: 專業推
推 dolp: 推
推 StayStyle: 優秀
推 hanmas: 我覺得硬幹pde比找analytical solution可行多了
但我個人偏喜好基礎科學(雖然是工院的)，解析解對於物理意義上的理解會比
硬幹PDE來的顯著，所以我個人是覺得各有優缺點，但硬幹真的比較直觀XDD
推 darkdixen: 太時代尖端了 得等某個爆炸性的突破才能高速再發展
推 darkdixen: 痛腳是 就算還沒找到最佳解 光是粗略估計的假說就很夠
→ darkdixen: 商業化 自然也沒太多錢錢
推 darkdixen: 想要最佳解->得等超級電腦->得等半導體突破->得等材料
→ darkdixen: 科學突破 QQ
推 ADYex: 推
推 zxcapple0: 推
推 aegis91086: 感動推，現在也還在在學習流力的相關研究，真的越學越
→ aegis91086: 複雜==感謝你的說明
推 aegis91086: 現在是pde和analytical solution都有啊，只是後者在計
→ aegis91086: 算流力的部份還是很謎，20,30年的發展下，到變化沒到
→ aegis91086: 多大
歡迎加入這個被打入冷宮的大家庭
推 palapalanhu: 真的
推 Bigzha: 推 跟我想的差不多 humu-humu
推 Kokoro: 推
推 johnruby: 推
推 pbkfss: 專業推一下
推 SKTP: 算不出來是在指沒有解析解的部分，模擬就是網格超細然後電腦
→ SKTP: 跑到死==
推 Incentive: 專業推 另外數值解算不出來就是值沒有收斂
→ Incentive: 沒有收斂則數學上數值解和解析解不等價
→ Incentive: 意思是數值方法算出來的東西和方程式的解
→ Incentive: 理論上要證明相同通常需要以收斂為條件
推 aegis91086: 網格也不是越細越好，網路在邊界層的厚度，需要使用對
→ aegis91086: 應湍流模式
→ aegis91086: SKIP大大，可以去了解一下，網格獨立性分析，雖然固力
→ aegis91086: 比較常用
我個人是覺得他真的非常難搞XDD不過我是做實驗跟理論分析的，完全不想糾結於計算上XDD
推 Jungle520: 推 強者我同學
推 aegis91086: 而且不同方式，結果還會有些微不同，主要是看趨勢，但
→ aegis91086: 在實際應用也很夠了
推 tim96tim: 用心推
推 windr: 老實說看不太懂XD  但是給推
→ windr: 反正真的要飛上天載客要經過充分的模擬/實測就好了
這個結論U質，請大家多多對於流力的學者們給點鼓勵XDDD
推 rusi472: 先推
推 beck600325: 推 好厲害
推 Julibea: 推認真
推 Vulpix: 真的要追究起來，量子的"It just works."也是個大問題XD
→ Vulpix: 廣相也還有dark卡在那邊。但是現在物理就是一步步前進。
→ Vulpix: PDE的網格跟ODE差很多，很多東西不是那麼想當然耳。
推 www54500: 看不懂推
推 jackliao1990: 因為薛丁格微方解不出來   所以粒子處於疊加態
推 create8: 推
推 song: 推認真
推 centriole: 化工系路過，沒想到會在c-chat 看到Navier-Stokes這
→ centriole: 個詞XD 我到現在還都沒把他背起來。
同為化工系的，我不推薦化工系認真學流力，找老闆有夠難找XDD
推 kinomon: 推
推 newclicker: 補充一下第3點,科學人文章的問題; #1Vqi72kh (C_Chat)
→ newclicker: paigigi021對科學人該文的批評有點非戰之罪,有失公允
→ newclicker: 因為該網址是試閱性質,把期刊上的原文節錄一半而已
→ newclicker: https://sa.ylib.com/MagArticle.aspx?id=4745
→ newclicker: 注意到文章底下有一行:
→ newclicker: "欲閱讀全文請參閱科學人知識庫2020年第222期08月號"
→ newclicker:
→ newclicker: 而完整原文在此(英文版) https://j.mp/2W5Y4cQ
→ newclicker: 仔細看完後就知道,中文版試閱剛好就截斷在白努利和
→ newclicker: 牛頓第三定律的古典歷史分歧裡;原文後半其實還有提到
→ newclicker: 當代Computational Fluid Dynamics (CFD) 和 Navier-
→ newclicker: Stokes equations 以及近期更多先進研究、理論與著作
→ newclicker: 包含波音工程師 Doug McLean, 麻省理流體動力教授
→ newclicker: Mark Drela, 劍橋空氣動力學專家 Babinsky;
→ newclicker: 儘管相比古典理論,分歧的鴻溝似乎又更縮小了,
→ newclicker: 但依然存有例外和無法解釋的部份,因此他們最後的
→ newclicker: 結論還是回到文章開頭John D. Anderson 15年前那句話
→ newclicker: "There is no simple one-liner answer to this.”
→ newclicker: 補充古典圖解 https://i.imgur.com/ooPA23P.png
→ newclicker: 補充新論圖解 https://i.imgur.com/cGsoeWD.png
感謝大大補充，希望有各種對空氣動力學專精的大神們補充XDD小的做的尺度其實不在

那邊，寫起來不敢講太多怕錯。
※ 編輯: iuvat (67.194.226.75 美國), 12/12/2020 00:32:39
推 sflyman: 數值解網格夠細就不用考慮紊流模式，DNS就可解，而紊流
→ sflyman: 本身的擾動量可以從數值的truncation error得到。但數值
→ sflyman: 解算的再精準，它一樣也只是某種意義上的「實驗解」而已
→ sflyman: ，沒有解析解就無法真正解釋。
推 bqmmp: 推
推 rightbear: 好文推
推 NicoNeco: 好文回來推