学霸的征途是星辰大海 第477章 NS方程的首次尝试 一 二维

揭牌仪式结束后，徐辰又在安城待了十来天。

日子过得很平淡，也很充实。

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大年三十的年夜饭，徐家难得凑了个大团圆。徐妈准备了各种带着浓浓江南风味的传统年菜堆得连放筷子的地方都没了。徐爸今天格外高兴，破例多喝了几杯茅台，那张向来严肃的脸上，一整晚都挂着藏不住的骄傲。

接下来的几天，徐辰陪着父母走亲访友，在长辈们的推杯换盏中，听了无数遍变着花样的「出息了」丶「光宗耀祖」之类的夸奖。

到了春节后期，走亲戚的流程基本结束。对普通人来说，过年在家最舒服的消遣，莫过于窝在沙发上打打麻将丶刷刷短视频，或者拉上几个好友在峡谷里开黑搓几局游戏。

徐辰在沙发上瘫了半天，觉得确实需要找点乐子消遣消遣。

于是他把主意打到了N-S方程上。

「反正闲着也是闲着，拿N-S方程消遣消遣吧。」

徐辰溜达进了书房，顺手抽出一沓崭新的A4草稿纸。

……

他拿起笔，在草稿纸的最上方写下了纳维-斯托克斯方程的核心表达式：

?u/?t (u·?)u=-?p ν?u

?·u=0

虽然决定了要从这个千禧难题下手，但作为一个正儿八经的纯粹数学家而非流体力学专家，徐辰的第一反应，是先用二维的情况做个测试。

毕竟只是消遣，不必非要一上来就往最硬的地方撞。

……

在偏微分方程（PDE）的历史上，二维N-S方程的全局光滑性其实早在大半个世纪前，就已经被前苏联伟大的女数学家拉季任斯卡娅等人彻底证明了。

那是一个PDE领域的黄金时代。二战后，苏联数学界卧虎藏龙，拉季任斯卡娅丶索博列夫丶卡托波利斯基这帮大师级人物在莫斯科聚集一堂，用他们的笔尖和粉笔灰，一个接一个地打开了流体力学的数学大门。这位被后世尊称为「彼得堡数学女王」的拉季任斯卡娅，当年才不过三十出头，就已经发表了那篇彻底改变N-S方程研究方向的论文。

当时她采用的是经典的先验估计方法：利用Galerkin逼近法先从N维有限维空间出发，构造出一族弱解，然后再依托Sobolev嵌入定理和Gagliardo-Nirenberg不等式这两件大杀器，像剥洋葱一样，一层一层地去估算能量的上限，最终用铁血般的数学逻辑锁死了光滑解的存在性。

那套方法当时简直是艺术品级别的。

……

在现在的徐辰眼中，这种纯分析手段也有缺陷，稍微有点靠蛮力。

这种方法强行把流体质点当成一堆散乱的几何点，完全忽略了流体运动本身的几何结构。在二维空间里，因为空间维度低，索伯列夫空间的临界指数刚好够用，前人还能靠着精妙的数学技巧强行给非线性项套上缰绳。可一旦推广到三维，空间的自由度暴增，这种纯粹靠不等式放缩的「硬撼」方式就会瞬间失效。

类比来说，二维流体就像是在平底锅里摊煎饼，怎么转都在锅里；而三维流体直接变成了厨房里失控的高压锅喷出的蒸汽，带着更加复杂的物理机制。

徐辰没打算走老路。

他闭上眼睛，开始在脑海中思考。

「流体在二维平面里的旋转，本质上是一种被高度约束的拓扑形态。既然前人的分析工具在维度升高时会失效，那为什么不用几何和拓扑的语言，把流体的运动直接『翻译』成几何体的形变？」

二维流体的核心特徵是什么？涡量是标量，流体的旋转机制十分简洁……但这个「简洁「本身，能从什么角度去切入呢？

用调和分析？不，太常规了。用傅立叶变换？也有点老套。

等等……

徐辰睁开眼睛，眼中闪过一道光芒。

二维流体在光滑性上之所以如此「听话「，本质上是因为涡量的约束——它限制了非线性项的「野性「。在二维空间中，涡量作为标量满足输运方程，这意味着它在流体线元拉伸时不会产生自增殖。这种约束，如果从拓扑的角度去看，其实就是一种极其严格的守恒律。而守恒律，在现代微分几何的语言里，对应着什么？

对应着纤维丛上的示性类！

徐辰的眼神瞬间锐利起来。