蔻依说得没错,晒太阳真的能有效促进睡眠。
从国王学院回到酒店后,陈辉美美的睡了一觉,醒来后只觉得神清气爽,满血复活,来到书桌旁,陈辉开始整理这些天与丹尼斯的邮件。
一直到八点半,在酒店餐厅中简单吃了个早饭,陈辉迈步往皇后学院走去,丹尼斯约了他在那里见面。
因为成飞研究所的委托,陈辉这两个多月都没有继续他们之前的研究,丹尼斯却一直在给他发邮件,同步自己的最新进展,这次听说陈辉要来日不落帝国,还特地从鹰国赶了过来。
“辉,好久不见!”
在皇后学院的数学桥旁,陈辉见到了意气风发的丹尼斯,从这些天的邮件陈辉也能感受到他的这股开心。
“好久不见,丹尼斯。”
陈辉笑着回应。
“我感觉我们距离那个终极谜题已经很近了!”
丹尼斯看着旁边的数学桥,眼中满是兴奋的光芒。
据传,这座木桥是由牛顿精密计算建造而成,建成时不需要使用卯钉。
有教授对其结构感到惊讶,于是将其拆除以便了解其构造细节,尽管这位教授之后重新搭建了桥梁,但无法不使用钉子。
陈辉没有反驳,但对于丹尼斯教授的自信,他却心存疑虑,“对您给我邮件中的方案,我还有几个疑问。”
“哈哈,我今天来找你就是为了这件事。”
丹尼斯笑着迈步向前,“走吧,我已经申请了一间教室。”
很快,两人走进一间空闲的教室,讲桌上摊开着几本笔记、相关论文和《涡旋纤维丛的弹性形变》这篇他们不久前才发表的论文。
丹尼斯指着黑板上的涡管湮灭示意图,“三维涡管湮灭是湍流能量级联的核心机制,也是理解奇点形成的关键,我们框架的成功与否,很大程度上取决于能否优雅地描述这个过程。”
“没错,在我们的涡旋纤维丛模型中,湮灭对应着纤维丛拓扑结构的剧烈变化——纤维的断裂和重联,需要找到合适的数学工具来刻画这种‘手术’。”
陈辉点头,这也是丹尼斯这些天在邮件中给他发来的方案。
丹尼斯不语,回身在黑板上画图,两个相交的圆环代表即将碰撞的涡环,并分别给其标注为γ1,γ1,然后在交点附近画出复杂的缠绕结构,最终画出断开并重新连接成新构型的涡线。
“我的思路是,”丹尼斯用红色粉笔标注,“将涡管视为嵌入三维流体域m中的一维闭链,湮灭过程就是这些闭链在m中的相交形式发生突变。”
“湮灭前,γ和γ作为同调类[γ],[γ]∈h(m;)是独立的,它们相交数可能非零,湮灭瞬间……”
丹尼斯响起阐述自己的方案,“闭链同调天然描述拓扑不变量,这些在实验和数值模拟中是可观测的,它能清晰刻画湮灭导致的整体拓扑类变化。”
“当然,如何将动力学过程中的时间演化、粘性耗散νΔw的作用,严格地映射到这个离散的拓扑变化框架中,需要发展一个描述拓扑跃迁速率的‘微分同调’理论,这很棘手!”
丹尼斯摊摊手,承认自己这个方案存在不小的挑战。
“但我相信,我们联手,一定能够解决这个问题!”
陈辉拿起蓝色粉笔,在湮灭点附近画了一个小邻域u,将其放大,在u内画出复杂的、高度扭曲的涡线结构,“湮灭的核心区域u是奇点诞生的地方,物理量变化剧烈,传统光滑假设失效。”
“我认为,在这个奇点邻域,需要超越纯拓扑的视角。”他在u上画了个框,标注“拟凸域?”
陈辉的眼睛变得越来越明亮,他隐约感觉自己似乎触摸到了什么了不得的东西。
这些天对超燃冲压发动机的研究并非一无所获,虽然工程上的流体力学与数学的流体力学相差甚远,但在工程上的实践依旧给他带来了许多灵感。
对于数学家来说,偶尔研究一些简单问题,或许会带来意想不到的灵感。
“我们之前的涡旋丛模型本质是实几何的,但湮灭点的强奇异性让我想到复几何中的工具,特别是处理强拟凸域上非齐次柯西-黎曼方程u = f的-neumann问题。”
“我们可以尝试将湮灭点附近的流体域u视为一个强拟凸域,那么,-neumann算子□=+及其相关的估计理论就能提供一套强大的工具。”
“证明在u内,涡度场w属于某个索伯列夫空间,或者更理想地,证明w在u内是霍尔德连续甚至光滑的,这相当于在奇点处实现了某种正则化……”
陈辉越说越快,无数思路泉涌般在脑海中涌现,“这可以绕过直接处理拓扑突变本身的动力学,而是证明即使在最剧烈的相互作用点,解在某种弱意义下仍是‘好’的,奇点是‘可控’的。”
丹尼斯眉头却越皱越深,手指无疑是的敲着桌子,“你的想法在数学上非常优美,有邱先生的风格,但是……”
他停顿了一下,指向白板上的湮灭全局图,“-neumann理论处理的是局部的正则性,而湮灭的本质是全局拓扑的改变!闭链同调描述的是湮灭事件前后的状态跃迁,这正是物理观测的核心。”
“你的方法即使成功了,也只是告诉我们在那个小区域u里解没有‘太坏’,但它没有,或者说很难,直接告诉我们拓扑类是如何改变的,以及这种改变的发生率,闭链同调天然刻画这种离散事件!”
“更重要的是,”丹尼斯语气加重,“可观测性!”
“实验物理学家和做数值模拟的人,他们看到的是涡线构型的变化、涡通量的再分布——这些都是拓扑的、同调的,你引入一个高度抽象的复结构域和-neumann算子,如何让他们理解?如何与可测量的量对应?”
陈辉反驳,语气平和但坚定,“丹尼斯,我理解拓扑描述的可观测优势,但拓扑跃迁的动力学机制本身,恰恰可能隐藏在奇点邻域的解析结构中!
-neumann理论提供的正则性,可能是理解拓扑变化‘如何发生’而不仅仅是‘结果是什么’的关键,粘性ν的作用在奇点处至关重要,拓扑框架下很难精细描述它。”
陈辉指着湮灭点,“闭链同调将湮灭视为一个‘瞬间’的拓扑手术。
但物理上,这是一个有空间尺度和时间尺度的过程,-neumann框架有潜力解析地捕捉这个过程,而不是将其视为一个黑箱跃迁。
至于可观测性,如果理论成功,我们可以找到其推论——比如对能量耗散谱的预测,这些是可以被验证的!”
丹尼斯听得连连摇头,等到陈辉说完,便再次开口反驳。
讨论持续了数小时。
两人在白板上反复推演、举例、引用各自领域的经典结果,丹尼斯用辫群、弗洛尔同调来说明,陈辉则拿出卡拉比猜想证明中复方法的力量,他们彼此理解对方的数学逻辑,但对其重要性、可行性以及与物理核心的贴合度的评价存在根本分歧。
丹尼斯认为流体的本质属性是涡度及其拓扑结构,任何模型必须以清晰描述拓扑演化为首要目标,物理可解释性和可观测性高于数学的完备性与优雅性,闭链同调是通向此目标最有希望的路径!
陈辉则是理解奇点需要强大的分析工具,复几何提供了处理强奇异性最深刻的框架,粘性在奇点邻域的作用机制必须被严格解析地刻画,拓扑描述需要更深层的分析基础,-neumann理论提供了这种潜力!
最终,两人停下了争论,丹尼斯疲惫的放下粉笔,看着白板上泾渭分明的蓝红两色区域,“我想我们都看到了问题的核心,但也看到了我们路径的根本不同。”
轻轻叹了口气,整理着桌上的草稿,“是的,我们的出发点和对‘关键’的理解,已经指向了不同的方向,闭链同调和-neumann,就像描述同一现象的两个不同坐标卡,但它们的转换函数……