沈奇合上《数论史》:“天才,我闺女绝对是天才,她对数字非常敏感,跟你一样。”
第477章 N-S方程新进展
沈诺菲明天满月,今天正好是全国高校、中小学开学前的一天。
应相关部门要求,全国中小学生将在今晚8点收看《开学大课堂》节目。
今年的《开学大课堂》和往年不同,晚上8点整,《开学大课堂》准时开播,没有插播广告。
暖场的并非浓妆艳抹的娱乐选秀歌手,而是世界大学生运动会男子篮球亚军中国队。
篮球队的小伙子们来自全国各高校,他们在刚刚结束的世界大学生运动会男篮半决赛中,在落后16分的艰难局势下,依靠顽强拼搏精神和无懈可击的团队配合,上演了一出惊天逆转,将劲旅俄罗斯淘汰出局,历史性的闯入决赛,收获一枚宝贵的银牌。
中国大学生男篮打出了雄浑气势,展示了中国青年热血燃烧的阳刚之威,感动了全中国。
载誉归来的中国大学生男篮在《开学大课堂》开场做自我介绍,他们都是在读大学生,有学材料的,有学机械的,还有学法律的,其中不乏学霸。
随后节目播放了一组VCR,是中国著名学者的精彩合集。
物理学家不断刷新量子纠缠纪录,天文学家打造国之重器探寻宇宙,文学家泼墨挥毫升华灵魂,数学家意气风发解决世纪难题。
沈奇抱着闺女在电视机前收看《开学大课堂》,电视画面中的数学家就是他。
接受爱国教育、科学教育从娃娃抓起,沈奇非常满意今年这档节目:“对嘛,这才是真正的开学教育。”
节目播完后,全国家长没人吐槽,全是点赞。
次日,开学了。
沈奇在今天为女儿办了满月酒,邀请少数亲朋好友赴宴。
周雨安他提了一堆礼物过来,奶粉、婴儿服装、公仔什么都有,品种齐全。
“诺菲大侄女,祝你健康成长。”周雨安对沈诺菲说到。
沈诺菲笑笑不说话,她算是发育的比较快,一个月大就会对她认为有趣的事物露出笑脸,但笑不出声,发出笑声大概需要再过一两个月。
萧俊龙送了块玉,说这玉很有来头,适合女孩戴:“小诺菲,美玉配美人。”
一个月大的婴儿笑不出声吧,却能哭出声,沈诺菲哇的一声哭了,萧俊龙这模样吓到她了。
欧叶的闺蜜小连送了一顶婴儿帽。
沈诺菲又笑了,她见到容貌正常的男女都会笑,很是可爱。
威腾前几天来到中国,他这次回美国休息了两个多月。
入乡随俗的威腾送了一千块RMB的红包,实在人。
办完满月酒,沈奇、威腾、周雨安、萧俊龙四人来到中心,商讨要事。
沈奇说到:“周雨安最近干的很漂亮,他证明了拐角原则,通过偏微分方程无限流算法,得到了关于N-S方程的一组重要数据。周雨安,你来讲讲吧。”
周雨安播放PPT,开始说明:“根据威腾教授的算法框架,以及沈教授的补充完善,我得到了如下推论。”
屏幕上展示出四组式子:
(1)auj/at+Σukauj/axk=△uj-ap/axi+fj,(t,x)∈Ω,i=1,2,3;divu=Σauk/axk=0,(t,x)∈Ω
(2)u(t,x)∣t=0=0
(3)u(t,x)∣xk=-π=u(t,x)=π,au/axk∣xk=-π=au/axk∣xk=π,k=1,2,3,0≤t≤a
(4)∫Qp(t,x)dx=p0,p0=const>0
“N-S方程的问题,我们转化为寻求在点x∈Ω和时刻t∈(0,a)时的速度向量和标量函数问题。”周雨安切换PPT到下一页。
这一页写了个推论:“推论1:对于f∈L2(Ω),如果我们找到式(1)-(4)的解,即求解出了N-S方程的广义解,这个解具有普遍意义。”
“牛逼啊老周!”萧俊龙刷的一下站了起来,周雨安最近几个月闭关不出,干了件了不得的事情。
前面的推导证明工作全部被周雨安搞定了,现在唯一的问题,也是最关键的问题,就是找到式(1)-(4)的解,证明这个推论。
“看来没我什么事了。”威腾笑着摊手道,他对周雨安作出的努力表示肯定。
沈奇说到:“所以现在我们只需要做一件事情,刚才周雨安讲的很清楚了,证明推论1,即求出式(1)-(4)的解。那么周雨安,这最后一击,还是由你来完成吧。”
“我搞不定。”周雨安摇摇头,望向萧俊龙:“老萧,要不你上?”
萧俊龙摇摇头:“老周,你都搞不定,我肯定也搞不定。后面的事情已经不是纯粹的数学物理、偏微分方程、流体力学了,应该还要运用到拓扑、泛函的工具来处理。其实老周,咱俩优点突出,却也存在共同的弱点,就是专业面较窄,综合性的处理,还是得沈教授、威腾教授出手搞定。”
N-S方程项目推进到这个阶段,四个人都做出了贡献。
目前的局面是,周、萧二位大将把小怪全部清干净了,剩下一个大BOSS需要两位大佬解决。
两位大佬对视一眼,那行吧,开干。
N-S方程项目进入了攻坚阶段,沈奇和威腾进行了分工。
威腾的思路清晰,大局观很好,但毕竟年纪大了,他对于高强度的具体计算有些吃力。
攻坚阶段繁琐复杂的推导计算由沈奇亲自操刀,威腾负责验算,挑毛病,找漏洞。
式(1)-(4)展开后,衍生出大量偏微分和常微分方程组,以及十几个需要证明的定义和引理。
为了简化计算,沈奇专门发明了一种新的工具,并和威腾探讨。
“从引理2到引理9,正常思路是,考虑u2、u3到无穷的情况,那么我们要将引理3使用无穷次,最麻烦的是非负单调增函数,这意味着我们的工作量会增加百倍以上。”
“所以我发明了这个新工具,它算是一种处理方法,它是成立的,简单高效。”沈奇向威腾展示了他发明的新方法,设PN是H中的N维正交射影算子,那么对于任何x∈H,当N→∞时,PNx→x。
经过威腾验证,新工具满足P与A的可交换性,可以运用在引理2到引理9的计算证明中,以简化计算过程,提高效率。
即便简化了操作,这项工作还是持续了整个9月,沈奇并没有算出N-S方程的广义解。
不管能不能解决N-S方程,沈奇每天5点准时下班回家。
今天,沈奇逗两个月大闺女的时候,闺女笑了。
“诺菲,我知道你笑我没用,连N-S方程都解不出来,这样吧,这个方程我先不解了,留给你长大之后,你来搞定,好不好呢?”沈奇摸摸闺女的粉嫩脸蛋。
闺女继续笑,笑的流口水。
沈奇:“闺女,那你给我点提示呗?”
沈诺菲:“咯咯咯。”
沈奇相当惊喜:“诺菲笑出声了,两个月就放声大笑!”
看着沈奇这个样子,沈诺菲笑个不停,这是个特别爱笑的女婴:“略略略略略。”
“略略略略略,周期边界性?”沈奇恍然大悟,女儿说周期边界性,那肯定没错!
沈奇将闺女交给欧叶:“孩子她妈,抱娃,我去去就来。”
第478章 上超算
沈奇来到书房,铺开纸卷,开始推导计算。
N-S方程的问题即描述不可压缩流体动力学的问题,这个问题涉及不可压缩黏性流体的N-S方程解的存在性和光滑性。
N-S方程项目组已经把前面的论述做完了,现在只差最后一步,找到不可压缩黏性流体的N-S方程解的存在性和光滑性的完整解。
沈奇认为四个关键式子中,式(1)是最重要的一把钥匙,所以周雨安将其列为式(1),放在最前面。
面对困扰了人们多年的千禧难题N-S方程,周雨安能做到这一步,体现出了巨大的学术进步和较高的数学水平。
最后一击交到了沈奇手中,他做出一项新的计算,对式(1)补充边界条件,即对空间坐标给出周期性边界条件和初始条件。
“一点点,还差一点点。”
思路越来越清晰,难题的伪装被沈奇一层层剥去,最后一层面纱包覆在最终答案上,揭开它,破解它。
经过沈奇完善,式(1)到(3)确定了初始条件和边界条件,唯一还不能确定的是压强p(t,x)。
好几年的酝酿,一年来的不断探讨、具体执行,最近一个月的集火攻坚,N-S方程项目推进到此刻,压强无法阻挡沈奇前进的步伐。
沈奇得到一组希尔伯特空间的向量函数f(t,x)=(f1(t,x),f2(t,x),f3(t,x))∈R^3,他一鼓作气,算出了欧氏空间的标量积,以及最重要的一个范数。
N-S方程的最后一层神秘面纱于今夜被揭开,在沈奇的书房中。
沈奇在纸上写出一个式子,这是整个项目的最后一个式子,相对于前面长篇累牍的偏微分方程组,最终的结论并不算太复杂:
Σ(∣∣uk(t,·)∣∣^2L2(Ω)+∫∣∣graduk(η,·)∣∣^2L2(Q)dη)≤Σ∫∣∣fk(η,·)∣∣^2L2(Q)dη
“是的,这就是N-S方程具有普遍意义的通解,我终于找到你了!”沈奇握紧拳头挥动两下,他冲出书房,想要亲亲闺女和老婆。
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