數學的諾貝爾獎,頒發給四位優秀的數學家。其中有兩位中國數學家。其中關於希伯特的第六問題,由牛頓定律的公設得到NS-方程的嚴格數學推論。
19 世紀納維與斯托克斯當年是基於宏觀的物理假設(把流體看作連續體、假設內部摩擦力與速度梯度成正比等),結合牛頓第二運動定律推導出來的。這是一種「由上而下」的唯象理論,雖然符合實驗,但缺乏最底層微觀分子運動的數學嚴格支持。這次2026年的得獎突破是「由下而上」的極致證明。想像一個空間裡有10^23個像撞球一樣不斷彈跳、碰撞的微觀硬球粒子(遵循牛頓力學),他們在不加入任何額外人為假設的前提下,透過純粹的數學極限,成功證明了這些粒子的大規模集體行為,在宏觀上必定會精準符合納維-斯托克斯方程。
其實這個題目是我們工程人員的大哉問,但只有數學家能夠解決。我記得我大學時曾問,「N-S方程都假設連續流體,甚至都還會有Homogeneous 以及 Isotropic的假設,難道不能用F=ma完整推導嗎?」我的層度只留在知道波茲曼方程還有H定理,當然也知道劉維爾方程與Hamiltonian,因為那是工程數學的一部分,但是我與師長的討論最多就這樣了,那超過工程師還有三流師生能有的水準😭。
從F=ma到Hamiltonian再到劉維爾定理。這一段已經建立,但後面就斷線了。3N (N=10^23次方的聯立微分方程,拉普拉絲的妖也會後悔這個負擔),19世紀當時只能另闢路徑,波茲曼方程冒出來還有H定理,不可逆突現,與牛頓的可逆性衝突。波茲曼方程再經過假設可以推出NS-方程,而F=ma經過物理工程等級的粗糙假設可以推出NS,就是沒有直接由F=ma經波茲曼方程推出NS。希伯特看到當時科學界的諸多問題,提出了23個聖杯。之後人類承接總結上千年的經驗,再用了100多年,我們從征服流體的工程,飛行,登月,科學探索都達到一定的成果,但是NS方程的根基其實我們都沒有證明 - 缺口靜靜的等待了100多年。劇變論也無法協助,因為仍是假設連續函數,我的小小探索旅程最多到H定理的劇變參數初探,也終究無法完成論證與數值。
所以2026年這個偉大的探索,這就是由中國科學家完成的成就,希伯特期待的物理類似幾何原本的數學邏輯精神,由公設出發終於定理。古典力學由F=ma的公設完成N-S示範了這個可能性。的確是百年難題!恭喜中國科學家鄧教授的成就。我最愛的經典力學萬歲!這個故事其實就類似奧狄賽,我還跟AI出了個Script,明天貼上吧 😁
台灣的數學家也有機會,希伯特還有一題 - NS方程的連續性,加油吧。當然還有終極的Turbulance紊流的本質,留待優秀的科學家替我們解答疑惑。至於我等工程師,就是能知道用FEM跑N-S方程時已經沒有理由說Foundation incomplete,因此結果不收斂,分析不出來是我等的能力與智力的問題了😂
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