第一百八十一章 纳维-斯托克斯方程

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对于普通人来说，比起黎曼猜想、费马大定理、哥德巴赫猜想等世界知名的数学难题，“纳维-斯托克斯方程”显然颇为陌生，甚至不知道这到底是什么玩意。</p>

但对于从小就喜欢数学和理科的秦克来说，“纳维-斯托克斯方程”却是如雷贯耳的存在！</p>

“纳维-斯托克斯方程”，即（Navier-Stokes equation），简称N-S方程, 是数学届与物理届都非常知名的一个非线性偏微分方程组，被业界称为“流体运动的牛顿第二定律”，主要描述了粘性不可压缩流体（如液体和空气等）流动的基本力学规律。</p>

这个运动方程自1827年由克劳德·路易·纳维（Claude-Louis Navier）根据以流体动量守恒的理论提出后，泊松、圣维南和乔治·斯托克斯分别进行了深入研究，并最终在1945年推导出来，形成一系列复杂至极的方程组。</p>

N-S方程也被誉为世上最有用的方程组之一, 因为它建立了流体的粒子动量的改变率（力）和作用在液体内部的压力的变化和耗散粘滞力（类似于摩擦力、产生于分子的相互作用）以及引力之间的关联。</p>

正是因为它建立了这样的关联，使得它可以描述出液体任意给定区域的力的动态平衡，是流体流动建模的核心, 在流体力学中有十分重要的意义。</p>

以此为基础，它既可以应用于模拟气候变化，洋流运向，甚至可以模拟出厄尔尼诺这样的全球性气象系统，也可以用于研究水管里的水流运动乃至于血液循环等流体运动。</p>

它也可应用到具体与日常生活相关的设计上，比如机翼的流体升力研究、车辆外壳的流体力学设计、空气污染效应的流动扩散分析等等。</p>

看到这里，是不是觉得它的用途大得惊人？</p>

问题是，N-S方程虽然意义重大也很实用，但它是一个非线性偏微分方程，求解非常困难和复杂，在求解思路或技术没有进一步发展和突破前, 只有在某些十分简单的特例流动问题上才能求得其精确解。</p>

目前, 全世界的数学家依然未能证明在三维座标、特定的初始条件下，N-S方程式是否有符合光滑性的解, 也尚未证明若这样的解存在时，其动能有其上下界。</p>

上面这句话以通俗易懂的方式来解释，那就是现在整个世界的数学届, 都在寻找N-S方程的通解, 以证明该方程的解总是存在，以便通过这组方程准确地描述出任何流体、在任何起始条件下，未来任一时间点的情况。</p>

但对于N-S方程这样用数学理论阐明都困难的一组方程，想去证明这个方程组的解总是存在，又是何其的困难！</p>

所以经过两百年来无数的数学家投入无数的精力，也不过只有大约一百多个特解被解出来，唯一真正算得上是有点儿特殊成果的，是数学家让·勒雷在1934年时证明的，N-S方程的弱解存在，可以在平均值上满足N-S方程，但也仅此而已，无法在每一点上满足。</p>

此外夏裔数学家陶大师也曾写过一篇《Finite time blowup for an averaged three-dimensional Navier-Stokes equation》的论文，将N-S方程全局正则性问题的超临界状态屏障形式化，让N-S方程的研究又有了新的推进，但距离解决“N-S方程的存在性与光滑性的问题”还很遥远。</p>

为此，“三维空间中的N-S方程组光滑解的存在性问题”，被米国克雷数学研究所设定为七个千禧年大奖难题之一。</p>

可以说，谁能将这个问题研究清楚，并找出和证明这个通解，那将会催化出无数新的数学工具、数学方法、物理理论，引领着数学届和物理届实现迈步式的大发展！</p>

到了那时，基本上物理的诺贝尔奖、马塞尔·格罗斯曼奖，数学的菲尔兹奖、克拉福德奖、沃尔夫数学奖等等大奖都可以拿到手软了，更别说由之带来巨大的社会经济效益、对人类文明的推动作用！</p>

谷牊&lt;/span&gt;　　正是深知这个纳维-斯托克斯方程的难度与意义，当秦克看到系统给予的奖励居然是《非线性偏微分方程‘纳维-斯托克斯方程’的探究与详解（前篇）》时，脑海里只有一个念头——拼了老命也得把这个奖励拿到手！</p>