热的秩序：臧学昊与自然对流的思考

在自然界中，热是一种无形的雕塑师。它塑造风的方向、山脉的纹理，也在地球内部默默推动岩浆的涌动。臧学昊记得，最初吸引他走进流体世界的，不是实验室里的仪器，而是生活中那些看似寻常的流动——锅中水沸腾时的对流、海面上翻腾的浪花。“流动像是一种语言，”他说，“它让自然说话，也让我们理解自然。”

从好奇到探问

在清华大学能源与动力工程系求学时，臧学昊开始尝试用计算去“听懂”这种语言。他所研究的，是一个看似古老的问题——热对流。

这是自然界中最普遍、也是最基础的能量传递方式之一：当流体的底部被加热、顶部被冷却时，密度差使得流体在容器中循环，形成如呼吸般的运动——这被称为Rayleigh–Bénard 对流。

“几乎所有自然系统都离不开这种过程，”他解释说，“从地球内部的地热，到大气的环流，再到工业设备里的冷却过程，热对流是能量传递的基本途径。”

然而，真正的世界远比课本复杂。地层不是光滑的平面，而是由岩石、孔洞和缝隙组成的“多孔介质”。热流在其中穿行、碰撞、分岔——有时被加速，有时被困住。

“我想知道，在这样的世界里，热会选择怎样的道路？”

让“热”现形

为了回答这个问题，他通过数值模拟建立了一个热流的世界：一个布满规则与随机障碍的方形空间，模拟岩层或工业材料的内部结构。通过高精度数值模拟，他观察到一个令人意外的规律——障碍并不总是阻碍。在一定条件下，障碍反而能让热流更高效地传递。

“我们发现，当孔隙并不太密也不太稀时，热对流最为活跃。”他解释，“这种非单调的趋势很像自然界的折中智慧：适度的限制，反而让系统更加有序。”

这项发现揭示了一个长期被忽视的现象：在不同流体性质下，多孔结构对热传递的影响机制是完全不同的 。在黏性较强的流体中，孔洞会让热流形成稳定的涡旋，提升效率；而在黏性较低的流体中，它则可能抑制湍动。

“热的流动并非越自由越好，”臧学昊说，“有时，秩序比速度更重要。”

从岩层到思想的循环

对他来说，这不仅仅是一个物理问题，更是一种思维方式。

“热量从高处流向低处，直到平衡。科学的探索其实也是一种对流——想法与想法的碰撞、流动、再平衡。”

在研究的过程中，他逐渐理解了自然的节奏：热在岩层中循环，像思想在头脑中翻滚；它不断寻找新的路径，不断重新组织秩序。

他的研究将会被应用于理解地热能提取、碳封存和能源效率优化等领域——这些都是人类应对气候变化的重要方向。但在臧学昊看来，科学的意义并不止于技术应用。

“热对流的本质是能量与结构之间的博弈。研究它，就是研究自然如何在混沌中建立秩序。”

研究的初心：读懂自然，而非控制自然

“很多人做科学是为了预测和控制，”他沉思片刻说，“但我更希望去理解——为什么自然会选择这样的方式，而不是别的。”

从海浪到岩浆，从空气到血液，流体构成了世界的底层逻辑。

臧学昊的研究让我们重新认识这些平凡又宏大的过程：热的传递、流动的形态、秩序的生成。（张泉）