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Cahn–Hilliard 实时演化

同一个方程、同一份自由能,只换工作点 c₀ —— 看 f'' 的符号如何把「噪声被抹平」变成「噪声自己长成两相」。

失稳
贫溶相 (c ≈ 0.145) 中间浓度 富溶相 (c ≈ 0.855) 竖直方向=时间,每行一个时刻
时间 t0.0
f''(c₀)−1.000
λmax8.89
富溶相体积0%
浓度范围0.500 / 0.500
质量守恒0.500000
怎么读这张图
  1. 时空图:横轴是位置 x(周期边界,长 36),纵轴向下是时间。每一行取一个时刻的 c(x)。开头的纯色是初始白噪声,随后蓝色和红色条纹出现、变锐、再变粗。
  2. 先长后粗:条纹出现的间距由 λ_max = 2π√(2κ/|f''|) 决定,这是线性阶段;之后条纹变宽是 Ostwald 粗化,属于非线性阶段,面积(总量)守恒但个数减少。
  3. 亚稳区(c₀ = 0.26):f'' > 0,白噪声一路衰减、图面始终是纯色。此时点「投晶核」放一个宽度 2.5 的高斯核,它就会长大 —— 这就是成核与生长的区别:需要越过势垒。
  4. 把 Ω 拖到 2.0 以下:f''(0.5) = 4 − 2Ω > 0,连 c₀ = 0.5 也不再失稳,整个画面归于纯色。临界点就在 Ω = 2。
  5. 把 κ 拖大:λ_max 变长、条纹变宽、长大变慢(σ_max = f''²/4κ)。界面能越贵,图案越粗。

求解器:256 点周期网格、半隐式谱方法(界面能隐式、f' 显式)、Δt = 0.2、M = 1。每帧步数由「速度」控制,时空图每帧记一行。