Pilot-Wave Hydrodynamics

导波流体动力学

基本信息

  • 批准号:
    1333242
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 42.72万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2013
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2013-09-01 至 2017-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This research will be comprised of an integrated experimental and theoretical investigation of pilot-wave hydrodynamics, as arises when droplets propel themselves along the surface of a vibrating fluid bath through resonant interaction with their own wave field. Discovered by Yves Couder in 2005, the bouncing droplet system is reminiscent of the pilot-wave model of quantum dynamics postulated by Louis de Broglie as a rational alternative to the Copenhagen Interpretation, and exhibits several features once thought to be exclusive to the microscopic, quantum realm, including tunneling, orbital quantization and wavelike statistics. The research will be directed towards elucidating the manner in which this quantum-like behavior arises. Particular attention will be given to demonstrating how pilot-wave dynamics in the presence of an external force gives rise to quantized states, and ultimately to chaotic trajectories with wave-like statistics. The starting point will be a stability analysis of orbital solutions arising for drops walking in a rotating frame, and in the presence of a central force. Laboratory experiments will guide the theoretical developments, and new quantum analog systems will be explored. Once the behavior of this hydrodynamic system is thoroughly understood, we will investigate the link between the bouncing droplets and quantum particles, their statistics and dynamics. In addition to the direct educational value of this research to the graduate and undergraduate students involved, it will encourage communication across traditionally disparate disciplines, between workers in fluid dynamics, quantum physics and dynamical systems.Einstein insisted that the statistical description of microscopic particles provided by standard quantum theory is incomplete, and underlaid by a rational dynamics. The first project for such a quantum dynamics was the pilot-wave theory of Louis de Broglie, according to which microscopic particles move in responseto a wave field generated by the particle's internal vibration. More than 80 years later, only 8 years ago, the first pilot-wave system was discovered by Yves Couder, in the form of millimetric drops walking along the surface of a vibrating fluid bath. Remarkably, these walking droplets exhibit many features thought to be peculiar to the microscopic world. In addition to being a rich and subtle dynamical system worthy of study in its own right, the walking droplets have the potential to yield insight into the microscopic realm. This research will explore both question and inform the philosophical foundations of modern physics. This research is interdisciplinary in nature, spanning fluid dynamics, dynamical systems and quantum physics, so will foster the development of new links between fields.
这项研究将包括先导波流体动力学的综合实验和理论研究,当液滴通过与其自身波场的共振相互作用沿着振动流体浴的表面推动自身时,就会产生先导波流体动力学。弹跳液滴系统由伊夫·库德尔 (Yves Couder) 于 2005 年发现,让人想起路易斯·德布罗意 (Louis de Broglie) 提出的量子动力学导波模型,作为哥本哈根解释的合理替代方案,并表现出一些曾经被认为是微观量子领域独有的特征,包括隧道效应、轨道量子化和波状统计。该研究将旨在阐明这种类量子行为产生的方式。将特别关注演示在外力存在的情况下导波动力学如何产生量子态,并最终产生具有波状统计的混沌轨迹。 出发点是对在旋转框架中行走且存在中心力的情况下产生的轨道解进行稳定性分析。实验室实验将指导理论发展,并将探索新的量子模拟系统。一旦彻底了解了该流体动力系统的行为,我们将研究弹跳液滴和量子粒子之间的联系、它们的统计数据和动力学。这项研究除了对所涉及的研究生和本科生具有直接的教育价值外,还将鼓励流体动力学、量子物理和动力系统工作者之间跨传统不同学科的交流。爱因斯坦坚持认为,标准量子理论提供的微观粒子的统计描述是不完整的,并以理性动力学为基础。这种量子动力学的第一个项目是路易斯·德布罗意的导波理论,根据该理论,微观粒子响应于粒子内部振动产生的波场而移动。 80 多年后,也就是 8 年前,Yves Couder 发现了第一个导波系统,其形式是沿着振动液体浴表面行走的毫米级水滴。值得注意的是,这些行走的水滴表现出许多被认为是微观世界特有的特征。除了本身是一个值得研究的丰富而微妙的动力系统之外,行走的水滴还有可能深入了解微观领域。这项研究将探讨现代物理学的问题并为哲学基础提供信息。这项研究本质上是跨学科的,涵盖流体动力学、动力系统和量子物理学,因此将促进领域之间新联系的发展。

项目成果

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  • 财政年份:
    1986
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    $ 42.72万
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