千禧年時(shí)期,阿鎂立卡的克雷數(shù)學(xué)研究所發(fā)布了七個(gè)千禧年數(shù)學(xué)難題懸賞令,只要有人解決其中任何一個(gè)難題就能獲得100萬(wàn)美元賞金。
這七個(gè)難題分別是:npc完全問題、霍奇猜想、龐加萊猜想、黎曼猜想、楊-米爾斯存在性與質(zhì)量間隙、納維-斯托克斯方程、貝赫-斯維訥通-戴爾猜想。
值得一提的是,這七大難題現(xiàn)在只剩下六大了。
其中的龐加萊猜想已經(jīng)在2002-2003年由鵝國(guó)數(shù)學(xué)家格里戈里?佩雷爾曼解決。
孟秋顏站在旁邊觀看著若有所思地說:“流體最難量化的就是微觀上的不可控,如果要從微觀層面分析每個(gè)微觀粒子的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)直是天方夜譚?!?
“流體力學(xué)巧妙的設(shè)計(jì)就是繞過微觀,直接從宏觀尺度量化這些微觀粒子組成的整體,要從無(wú)數(shù)個(gè)不可控的變量中找到整體系統(tǒng)的不變量,而這些不變量總是遵守某些守恒定律?!?
“不管流體中有多少微觀粒子,總能用壓強(qiáng)、溫度、速度和密度四個(gè)物理量描述。”
“在不變中求變,變中求不變,遇事不決先找不變量,這個(gè)不變量就是守恒量,任何事物都存在守恒量,流體也是同理?!?
嚴(yán)格的來講,不變量和守恒量不是一個(gè)東西,這是兩個(gè)不同的物理概念。
末了,孟秋顏長(zhǎng)長(zhǎng)的吐了吐一縷氣,她再次看向白板上的內(nèi)容,疑惑地說道:“這些我看著也不像是要解納維-斯托克斯方程啊,難道是我太笨了嘛……”
陸安回頭瞄了眼女友,說道:“的確不是解納維-斯托克斯方程的,但也是,要解這個(gè)方程,現(xiàn)有的數(shù)學(xué)體系搞不定,所以要?jiǎng)?chuàng)造新的理論工具來解決它?!?
此話一出,孟秋顏當(dāng)場(chǎng)一愣,這種話也就只有他敢說得出來了。
陸安收回目光繼續(xù)自己的事情。
良久,她反應(yīng)過來,頓時(shí)搖了搖頭自顧自地說:“算了算了,懵比又傷腦,我還是負(fù)責(zé)崇拜吧,懵比但不傷腦?!?
但過了片刻,孟秋顏又忍不住道:“話說,你真能解決納維-斯托克斯方程?”
陸安頭也不回地說:“能?!?
聽到他這話,孟秋顏眨了眨大眼睛說:“真能找到納維-斯托克斯方程解析解,人類文明怕是能上一個(gè)新高度?!?
孟秋顏雖然看不懂,但她也知道如果解決納維-斯托克斯方程的“存在性與光滑性”問題,將是數(shù)學(xué)和應(yīng)用科學(xué)領(lǐng)域的一場(chǎng)革命性突破,其影響遠(yuǎn)超流體力學(xué)本身。
在數(shù)學(xué)領(lǐng)域能推動(dòng)非線性偏微分方程理論的飛躍,納維-斯托克斯方程是典型的非線性耦合偏微分方程,其解的性質(zhì)是現(xiàn)代分析學(xué)的核心難題。
解決這一問題需要?jiǎng)?chuàng)造全新的數(shù)學(xué)工具,而這些工具被推廣到其它非線性方程,比如愛因斯坦場(chǎng)方程、量子力學(xué)方程等研究中,能極大的改變?nèi)祟悓?duì)復(fù)雜系統(tǒng)數(shù)學(xué)描述的理解。
而在物理與工程領(lǐng)域,能從“經(jīng)驗(yàn)科學(xué)”走向“理論精確”,這也是陸安要花時(shí)間解納維-斯托克斯方程的最大原因,他要解決切切實(shí)實(shí)的實(shí)在問題。
目前,工程中對(duì)流體流動(dòng)的預(yù)測(cè)依賴數(shù)值模擬,如飛行器氣動(dòng)設(shè)計(jì)、天氣預(yù)報(bào)、油氣管道輸送等。
但是數(shù)值方法的可靠性基于兩個(gè)隱含假設(shè):解在模擬時(shí)間內(nèi)是光滑的,否則數(shù)值結(jié)果會(huì)失真;其次即便存在湍流,其復(fù)雜但有限的尺度仍可被網(wǎng)格捕捉。
若是證明三維納維-斯托克斯方程存在全局光滑解,將從理論上驗(yàn)證數(shù)值模擬的可靠性,只要網(wǎng)格足夠精細(xì),就能準(zhǔn)確描述流動(dòng),無(wú)需擔(dān)心奇點(diǎn)導(dǎo)致的不可預(yù)測(cè)性。
這一突破能讓航空航天、能源、船舶領(lǐng)域的設(shè)計(jì)從“經(jīng)驗(yàn)試錯(cuò)”轉(zhuǎn)向“理論驅(qū)動(dòng)”。
說人話就是效率大幅提高,成本大幅下降。
例如,精確預(yù)測(cè)阻力與升力,設(shè)計(jì)更節(jié)能的飛行器;精確模擬湍流混合,優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒效率;更可靠的模擬大氣渦旋演化,提升天氣預(yù)報(bào)精度。
不僅是物理與工程領(lǐng)域能迎來革命性突破。
在氣候與環(huán)境領(lǐng)域,具備更精確的海洋環(huán)流、大氣運(yùn)動(dòng)模擬,提升對(duì)全球變暖、極端天氣的預(yù)測(cè)能力。
在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,精準(zhǔn)模擬血液在血管中的流動(dòng),氣流在肺部的運(yùn)動(dòng),推動(dòng)疾病醫(yī)療與醫(yī)療器械設(shè)計(jì)。
在能源領(lǐng)域,優(yōu)化風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片形狀,如利用湍流能量,改進(jìn)核反應(yīng)堆冷卻系統(tǒng),避免局部高溫等。
總而之,納維-斯托克斯方程是連接純粹數(shù)學(xué)與應(yīng)用科學(xué)的橋梁。
解決這個(gè)問題將重塑人類對(duì)流體運(yùn)動(dòng)的掌控能力,從理論到實(shí)踐深刻改變航空航天、能源、氣候、生物等諸多領(lǐng)域,甚至可能催生全新的技術(shù)革命。
不只是納維-斯托克斯方程的解已經(jīng)在陸安心中,千禧年的另外五個(gè)難題他都知道怎么解決。
因?yàn)?,真理就在他的大腦里。
這都是陸安前世遭遇那場(chǎng)宇宙級(jí)災(zāi)難真空衰變的緣故,他的意識(shí)奇跡般的在真空衰變后,以某種未知狀態(tài)幸存了下來,并且在那個(gè)奇異狀態(tài)期間洞悉了真理,一系列困擾他數(shù)百年的問題都已豁然開朗。