身,回到真实的物理世界。」
……
徐辰的话语,让整个会场彻底安静下来。
「在过去的一个世纪里,数学家们习惯了把纳维-斯托克斯方程当成一个纯粹的偏微分方程来研究。」
「我们研究它的函数空间,研究它的非线性对流项,研究它的黏性耗散。我们在无穷维的希尔伯特空间里建立先验估计,试图用纯粹的数学逻辑,去驯服这个方程。」
他转身,在第五块白板上,重新写下了那行经典的NS方程。
??u + (u·?)u = νΔu ? ?p
?·u = 0
「刚才,我们在第四块黑板上看到了结果。在纯数学的逻辑下,这套方程的某些解,会在有限时间内发生能量级联,最终走向崩溃。也就是所谓的爆破。」
徐辰用笔尖点了点那个代表无穷大的符号【∞】。
「但各位,我们似乎忘记了一件最基本的事。」
「纳维-斯托克斯方程,最初是用来描述什么的?」
他转过身,目光扫过前排的几位巨佬。
「它是用来描述水,描述空气,描述现实世界中真实存在的流体的。」
「而现实世界,是有底线的。」
……
台下,前排的威腾眼睛越来越亮。
身为物理学家的直觉,让他已经隐约猜到了徐辰要说什么。
而坐在威腾身旁的几位纯数学家,比如舒尔茨和拉福格,则微微皱起了眉头,眼神中透出一丝疑惑,但更多的是极度的专注。
「让我们仔细看看这方程里的每一项。」
徐辰在白板上将方程拆解。
「时间导数项 ??u 和非线性对流项 (u·?)u,描述的是流体微团的加速度。这来源于牛顿第二定律 F=ma。这是绝对普适的物理法则,没有问题。」
「压力梯度项 ?p,它是一个拉格朗日乘子,用来维持流体的不可压缩性 ?·u = 0。只要流速远低于音速,这个假设也是高度精确的。」
「问题出在哪里?」
徐辰的笔尖,重重地圈住了方程右侧的黏性耗散项:【νΔu】。
「问题出在这里。」
「我们都知道 ν 是运动学黏性系数,Δ 是拉普拉斯算子。这一项描述了流体内部相邻层之间的摩擦力。它像一个冷却风扇,把流体的宏观动能转化为微观的热能。」
「但请各位回忆一下,这一项是怎么来的?」
徐辰停顿了一下,像是在给台下思考的时间。
「它不是从什么第一性原理推导出来的。它是斯托克斯在1845年,基于一个经验假设,即流体的切应力与应变率成正比,直接凑出来的!」
「这个假设就是所谓的牛顿黏性定律。」
「它非常成功。」
「成功到我们后来几乎忘了,它本质上并不是宇宙最底层的法则,而是一条宏观尺度上的有效理论。」
「所谓有效理论,就是在某个尺度内极其准确,一旦超出适用范围,就必须让位给更底层的描述。」
「就像经典力学在低速世界里几乎完美,可当速度接近光速时,爱因斯坦的相对论必须接管;经典电磁学在宏观尺度上无比准确,可当你把问题压缩到原子尺度,量子力学就要出来接管。」
「只要是经验模型,必然有它的适用边界!」
……
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