摘要:但这套叫“纳维-斯托克斯方程”的玩意儿,两百年里难住了所有顶尖数学家,它藏着“奇点”谜团,是能拿100万美元奖金的“千禧年大奖难题”。
文|咸菜
编辑|江娱迟
流体这东西藏着大秘密:自来水流动、台风旋转、飞机起飞的升力,都归一套方程管。
但这套叫“纳维-斯托克斯方程”的玩意儿,两百年里难住了所有顶尖数学家,它藏着“奇点”谜团,是能拿100万美元奖金的“千禧年大奖难题”。
最近谷歌DeepMind联手NYU、斯坦福,用AI找到了一群从没见过的“不稳定奇点”,给这百年死结照进了光。
1822年法国数学家Navier画了流体运动的基础方程,23年后Stokes把它补全,这就是纳维-斯托克斯方程的由来。
可一旦碰到极端情况,这方程会“崩溃”:算出速度、压力这些物理量变成“无限大”,这就是“奇点”。
打个比方,平静海面突然掀海啸、漩涡突然变强,都可能和奇点有关,数学家们死活搞不清:这方程的解到底永远“平滑”,还是真会出现这种“崩溃”?
搞懂奇点,才能摸透流体规律的边界,这难题也成了千禧年大奖的“圣杯”,连陶哲轩都专门研究过。
更麻烦的是,奇点分稳定和不稳定两种,不稳定的奇点特“矫情”,稍微有点扰动就消失,两百年里谁都没系统性找到过。
谷歌DeepMind三年前就拉上顶尖数学家、地球物理学家秘密攻关,核心武器是“物理信息神经网络”。
一般AI得喂海量数据,PINN却自带“物理脑子”,直接把方程编进自己的“考核标准”里:算出来的结果和物理规律对不上?自动修正,直到误差小到离谱。
整个过程分两步:先“撒网找解”,在可能的解里捞候选者,再用PINN磨出高精度结果,接着分析稳定性,看微小扰动会不会让解跑偏。
结果炸出个大惊喜:随着解的“不稳定阶数”增加,关键参数λ居然排成了直线,而且在三种流体方程里都这样,说明背后藏着全新数学结构,更多奇点可能就落在这条线上。
这可不是数学家的自娱自乐,影响能戳进生活方方面面:
天气预报能更准,台风会不会突然加强、暴雨下在哪,都能靠新发现算得更清,洪水模拟能提前锁定危险区域,飞机设计能更省油安全,连心血管研究都受益,能算出血液在血管里的流动异常。
关键的是它开了“数学+AI”的新路子,以前靠纸和笔算几十年的活,现在能靠AI找方向。要知道,DeepMind老大年初就暗示要解千禧年难题,现在看来指的就是这个。
从Navier写下方程到现在两百年,人类终于靠AI摸到了奇点的门,100万美元奖金不算啥,真正值钱的是打开了数学、物理、工程学的新口子。
以后那些啃不动的百年难题,说不定都能靠“人类智慧+AI算力”拿下,下一个“数学圣杯”,真可能被DeepMind端走。
来源:江语迟