陳志強 Chi-Keung Chan

複雜系統中非線性現象之研究

我的博士訓練是研究二元混合物在湍流中的相變。這是一種發生於複雜系統中的非線性現象。首先，它之所以複雜，是因為系統具有多個自由度，以及湍流使其處於遠離平衡的狀態；同時，它也是非線性的，因為當溫度降低時，系統會出現突然而劇烈的相變。事實上，相變是一種集體行為，這種行為無法在二元混合物中的分子層級中觀察到。自從我在中央研究院建立實驗室以來，三十多年來一直圍繞著這一主題進行研究，研究涵蓋了顆粒材料、心臟細胞、神經元、視網膜、甚至魚群中的非線性現象。我們其中一項與實際應用直接相關的研究工作是：用 DNA 來實現高分子湍流降阻作用。這個利用高分子來降低湍流阻力的方法，已被應用於消防以增加救火水柱噴射距離、降低原油輸送成本，甚至應用於魚雷以提升其航程。然而，這種發生於湍流場中、涉及高分子動力學的複雜非線性現象，其基本機制至今仍未被充分理解。透過我們的 DNA 實驗，我們發現 DNA 分子在湍流中會被切割成恰為原長度一半，這一結果為理解高分子造成湍流阻力降低的基本機制提供了重要線索。這項研究是我們實驗室與韓國仁荷大學的合作成果。之所以能夠促成這樣的合作，正是因為中央研究院提供了良好的國際合作環境。

湍流降阻實驗後之 λ-DNA 電泳結果。前兩個泳道顯示經湍流剪切後降解的 λ-DNA；第三個泳道為 DNA 長度標記，其中最上方最明亮的條帶為 23.1 kbp。結果顯示 λ-DNA（48.5k bp）被切割為一半長度。