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第227章 解开NS方程的钥匙
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办公室中,陈辉两人激烈的讨论着,虽然不断有新的灵感迸发,但两个关键问题却一直无法解决。

一阵激烈的讨论之后,办公室中再次陷入沉寂,两人都看着白板,陷入了沉思。

两人已经困在这个问题上有一段时间了,想要短时间内解决的可能性已经不大了。

丹尼斯遗憾的指着白板上的涡度方程旁边画的纠缠涡管示意图:“看,涡管像橡皮筋,拉伸、扭转、甚至断裂重联,拓扑的辫群、同调类能描述状态,但怎么刻画这种‘形变’过程本身?直接对应到方程右边这些项……”

陈辉看着涡管图,又看看自己笔记本上画的纤维丛联络示意图,忽然脑中闪过一道灵光,“形变?纤维丛的联络定义了平行移动,本质上描述了纤维如何随底流形变化,如果我们把涡线看作纤维丛的纤维……”

丹尼斯眼睛一亮,立刻在白板上画了一个扭曲的圆柱体(平凡丛的变形),“就像这样!底空间是流体域,纤维是涡线方向,但ns方程驱动的形变太剧烈,普通的联络……”

陈辉断他,语速加快:“普通的联络可能不够!但如果我们考虑带‘挠率’的联络,在广义相对论里,挠率可以描述微观结构的畸变,在这里,挠率也许能刻画涡管拉伸、扭转导致的局部旋转效应,这直接对应(w·)u项!”

丹尼斯猛地拍了下桌子,发出一声巨响,咖啡杯晃了晃:“挠率!对!(w·)u就是涡度被速度梯度‘拖着走’,产生旋转和变形,这本质上是非完整位移,正是挠率描述的对象!把涡旋丛的联络定义成带特定挠率的形式……天啊,这可能是个框架!”

两人都沉默了十几秒,快速在各自的笔记本上写着关键公式和草图,空气中只有笔尖摩擦纸张的沙沙声。

一阵推演之后,两人几乎同时抬起头,都从对方眼中看到了璀璨的光芒。

他们很可能无意间推开了一扇崭新的大门,一扇通往ns方程奥秘的终极之门。

定义涡旋纤维丛e,底空间m流体域,纤维≈vortex line direction,联络包含挠率张量t,设计t以匹配涡度输运方程中的形变项(w·)u……

丹尼斯补充,“关键在于如何将物理的涡度场w和速度场u映射到这个几何结构上,w应该关联到纤维的方向,截面?,u定义了底空间的移动,形变(w·)u被编码到联络的挠率部分t。”

各自推演之后,两人再次进行激烈的讨论,很多时候就是如此,他们或许会因为一个瓶颈困住好几年,可一旦捅破这层纸,接下来便能水到渠成,势如破竹。

“我们需要一个映射,将物理的u提升为丛上的一个‘水平提升,这个提升定义的平行移动,其产生的挠率效应,要能精确对应(w·)u对涡线方向的改变。”

陈辉在白板上做出自己的补充。

丹尼斯点头,擦掉部分白板,开始画一个更复杂的示意图,底空间、纤维、一个代表u的向量场、以及它在丛上引起的“流动”路径,“这个提升映射需要满足相容性条件,也许可以从涡度守恒或亥姆霍兹定理出发来定义它?”

陈辉眼前一亮,“对!亥姆霍兹定理说涡管随流体运动,这正是纤维丛中‘联络’定义平行移动的核心思想——保持纤维‘不变’,对应此处的涡管物质性,我们可以利用这个来构造那个提升映射!”

接下来的几小时,两人在白板前激烈讨论,不断定义、否定、修正数学对象,丛的结构群、联络形式w、曲率Ω、挠率t的显式表达。

草稿纸堆满了桌面。

核心任务是将w/t+(u·)w-νΔw=(w·)u这个物理方程,转化为他们定义的涡旋丛上的某个几何方程。

晚上十点,陈辉办公室外,

王启明看着紧闭的大门,还有从门内时不时传来的激烈交流声,一阵忧愁。

丹尼斯是来江城大学访问交流的学者,同时也是数学界德高望重的前辈,本身更是六十多岁的高龄,这两个家伙一讨论就是七八个小时。

要是丹尼斯出了什么问题,他们江城大学可不好交代。

但他也不敢这个时候敲门进去,他知道两人在讨论什么东西,万一因为自己的打扰,让两人断了灵感,那罪过可就大了。

一时间,站在门外的王启明进退两难。

办公室内,一直到凌晨三点,激烈讨论的两人停了下来,相视一笑,然后哈哈大笑起来。

这个框架的构建距离彻底解决ns方程或许还有很长的距离,但光是这个框架,就已经是他们智慧碰撞结出的第一个重要果实。

使用这个框架可以潜在绕过某些奇点、统一描述拓扑变化,可以用来连接量子拓扑方法,或者应用于特定湍流结构分析。

“你真是个天才!”

丹尼斯由衷感叹到,“当初与你合作,是我这辈子做过最英明的决定!”

“没有你我也无法完成这个工作!”

陈辉也开心的笑道,“丹尼斯,你在拓扑上的研究和直觉有很多我需要学习的地方。”

“哈哈,我们就不要互相吹捧了。”

丹尼斯兴奋得手舞足蹈,“我们可以整理一下,这个框架也足以发表一篇顶刊,或许能对其他人也有些帮助。”

“至于我们接下来,就是利用这个框架去破解ns方程了。”

“辉,你可能会成为这个世界上唯一一个破解两道千禧年难题的人了!”

陈辉摇头,“现在说破解ns方程还为时尚早,丹尼斯,你应该去休息了。”

他可没有半场开香槟的习惯,并且,凌晨三点对他来说不过是家常便饭,但丹尼斯已经六十多岁,这经不起这般折腾。

“哈哈哈,放心吧,老头子我身体硬朗着呢!”

丹尼斯摆摆手,他平时可是很注重锻炼的,偶尔熬熬夜,无妨。

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