看帝国理工如何将理论物理公式变成3D可视化模型

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一说到理论物理,大家往往都会想到牛顿、爱因斯坦、杨振宁、李振道,还有那一大堆看也看不懂的复杂的数学公式。而数学公式对于大多数人来说之所以难懂,是因为人类从总体上而言,是一种非常依赖于视觉的生物,而物理理论和数学公式却不能够以一种可视化的图片或实物形式来呈现,因而往往让人觉得非常晦涩、难以理解。

而现在,来自英国伦敦帝国理工大学的一组科研人员却开发出一套利用3D打印机将理论物理概念变成实物模型的方法,来帮助学生更好的理解这些物理公式。他们将这套方法称为“Sculplexity”-意思是具有复杂性的雕塑。他们相信这种方法能够将基于科学的艺术进行可视化,或者将在科学社区中展示和讨论的想法和概念转化成可视化的雕塑。为了展示他们的这套方法,他们将一个用来描述森林火灾的起始和扩张的数学模型转化成了一个3D雕塑。在一台3D打印机上打印这个8立方厘米大小的数学模型总共花了8小时,12英镑。而他们的这一学术成果发表在了13年12月9日的学术期刊《European Physics Letters》上。


帝国理工3D打印

论文的作者之一的Tim Evans介绍说:“这个雕塑是一张桌子,其灵感来自于自然界中的树木结构。这张桌子所代表的分支过程往往和理论物理学中一些复杂体系相类似。”

帝国理工3D打印应用“基本概念很简单,一个3D打印机一层层堆积对象。所以对象的高度可以代表时间。假设你有一个定义了一个包含时间的平面的、二维的图片的数学模型,这个时间就是最典型的度量单位,由一些满的或者空得方块儿组成。而这个数学模型将会定义在每一个时间点上应该在哪个高度上打印哪个内容。而这个模型的下一步则是定义在第一层之上该打印什么,以此类推。而最终成型的3D对象则显示了这个数学模型随着时间将会发展成什么样子。”

“而这又让我思考,有什么其他的类似的物理学过程能够通过3D打印转化成实物呢?”因此现在,Evans希望将这项研究再延伸一下。“在我们帝国理工的组里面,我们尝试用简单的模型来模拟心脏肌肉的单个细胞的行为,从而解释心脏搏动异常—很可能这也可以用3D打印来实现可视化。大多数的能代表疾病传播的模型也能够可视化。还有很多其他的例子。我们只希望我们这种比较生硬的将理论模型翻译传递给3D打印机的方式能够激励其他人提出更有创新性的应用。”

(新闻源:帝国理工


(本文作者为"fangpian3",最初发表于fangpian3.com,该网站现与诺研3D打印服务网合并为同一网站)