JFM再爆:N-S方程千禧年问题的重大推进!

学术   2024-09-04 13:00   法国  

百万美元的问题是什么?

克雷数学研究所曾经在2000年提出七个千禧年问题,若有人解决任意一个,在2000年就可以获得100万美元奖金。这在当年,甚至是现在,都是一笔巨款。

千禧年NS问题令人着迷。在2017年甚至有一部电影叫“天才少女”,电影虚构了一个小女孩,其母亲在自杀之前,就致力于解决千禧年问题。小女孩出生后也继承了母亲的数学天分,在7岁的时候就证明了千禧年问题,但其数学天分一直被扼杀的故事。

既然这个问题这么复杂,那么这个问题到底是什么?其原始问题可以简述如下

证明或反证无体积力的三维N-S方程,给定任意的光滑的散度为0的初始速度场,在无穷大或周期的计算域内,在所有的时间周期内,存在一个光滑的、有界的解;

克雷研究所还定义了一个“爆掉了”Blow up。也即解的速度的平方(能量)在全场加和后无穷大。

历史上,其他学者在2000年之前也提出过类似的问题。普林斯顿大学在1998年曾抛出一个问题:

在周期边界条件下给定一个光滑的初始条件,在所有的时间周期内,证明或反证三维N-S方程的解的唯一性以及存在性;

更详细的关于这部分的讨论,可以阅读原文跳转dyfluid,参考《无痛笔记》第一章,9月2号新加的内容。


历史的进展

历史上也存在了一些阶段性的进展。如:

  • 如果初始的速度比较小的时候,也可以证明三维N-S方程在有限的时间内,解的存在性以及光滑性。这个有限的时间点,也即“爆掉”时间;

  • 一些文献发现,一些特定的【稳态】流动,解存在不唯一性。在这里要注意,仅限于一些特殊的流动状态,如顶盖驱动流、Rayleigh-Benard对流;

  • 2016年陶哲轩发表文章,其并没有直接回答N-S方程的千禧年问题,而是构建了一套自己的理论,陶哲轩认为可通过该方法构建出一个N-S方程的“爆掉”的解;


2024年的重大推进

上述发现都比较老了。在2024年刊发的一篇JFM(流体力学顶级期刊)的文章中,几位大佬通过将NS方程更改为正则哈密顿的形式,将千禧年问题进一步简化,使得证明更加的简单。

正则哈密顿的形式下的NS方程,如果能证明存在一个简单的标量泛函的存在,那么NS方程的千禧年问题即可解决

岳子功力有限,JFM的这一篇文章,泛函都搞出来了,属实也嚼不动。又不屑于用AI一顿翻译发过来。

简单发个文章,抛砖引玉,感兴趣的大家看看吧:

A canonical Hamiltonian formulation of the Navier–Stokes problem



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