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北大韦神出手,一天解决了六博士四个月没搞定的难题


时间:2022-05-07  来源:  作者:  点击次数:


魏东义:太简单了。没必要要钱。

基础科学的研究总让人觉得晦涩难懂,但我们往往能从一些“小事”中看出它的意义。

5月6日,一张微信聊天截图让北京大学助理教授魏东义再次登上热搜:

图片来源:微博 @贼叉

图片:微博@贼叉根据这张截图,某科技公司用PS5做了一个集群来模拟产品的物理属性,但是模型越复杂,模拟失真越高。包括六名医生在内的团队花了四个多月的时间也没能解决这个问题。团队猜测是因为“纳维斯托克斯方程处理中的问题”,但不清楚问题出在哪里。

后来,他们向魏东义求助。魏东义把所有方程发完之后,团队花了一天时间调试成功,与以往真实实验数据的匹配率高达99.8%。

故事的最后,魏东义不肯付钱,说:“太简单了,没必要要钱。”最后这家公司给魏东义填了一张市政公交卡.

有网友听了这个过程后表示:“这个结局太神奇了,有种看了网上很酷的文章的感觉。」

平原魏东义

魏冬义最初无意的“走红”也是因为一个热搜。

2021年5月,有媒体走访北大校园时,采访了魏东义。采访视频中,魏东义手里拿着一个1.5L的矿泉水瓶和两个塑料袋装的馒头。他朴实的形象一度引起热议,被称为“沈伟”、“北大数学系扫地僧”。

魏东义2007年升入山东师范大学附属中学。我高一参加了第49届国际数学奥林匹克(IMO),拿了满分的金牌。2009年,魏东义在高二参加了第50届国际数学奥林匹克竞赛,再次以满分获得金牌。

2010年,魏东义被保送至北京大学学习;2014年本科毕业后就读于北京大学硕博学院。2018年博士毕业后,在北京国际数学研究中心从事博士后研究工作;2019年被聘为北京大学助理教授。博士学位论文《轴对称 Navier-Stokes 方程与无粘阻尼问题》,2018年获北京大学优秀博士学位论文。

相传哈佛大学为了吸引魏东义,主动提出免除他的英语考试,但后者拒绝了。魏东义声称“我不喜欢出远门,尤其是疫情期间。如果一些学术会议可以在线参加,我会在线参加”。除了做数学,他还喜欢听广播里的新闻和评论,关注卫健委每天公布的新冠肺炎确诊病例数。

目前魏东义的数学研究主要集中在分析、偏微分方程和随机矩阵方面。

2021年,魏东义获得达摩院青橙奖时,他的答辩主题是湍流和流动稳定。他独创的两种数学方法解决了流动稳定性领域的一系列重要公共问题。

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物理学家费曼曾经说过,湍流可能是经典物理学中最后的一个未解难题。

NS 方程:流体力学基石

流体力学的数值模拟对于建模多种物理现象而言非常重要,如天气、气候、空气动力学和等离子体物理学。通常,流体可以用纳维 - 斯托克斯方程(Navier-Stokes equations,NS)来描述,但大规模求解这类方程仍属难题,受限于解决最小时空特征的计算成本。

它由法国工程师、物理学家克劳德 - 路易 · 纳维,爱尔兰物理学、数学家乔治 · 斯托克斯两人命名,是一组偏微分方程,表达了牛顿流体运动时动量和质量的守恒。

该方程断言,流体粒子动量的改变率(力)来自作用在液体内部的压力变化、耗散粘滞力、以及重力。其中粘滞力类似于摩擦力,产生于分子的相互作用,越黏的流体,该作用就越强。

NS 方程依赖微分方程来描述流体的运动。不同于代数方程,其不寻求建立所研究的变量(如速度和压力)的关系,而是寻求建立这些量的变化率或通量之间的关系。用数学术语来讲,这些变化率对应于变量的导数。其中,在零粘滞度的最简单情况下,NS 方程化为欧拉方程,表明加速度(速度的导数)与内部压力的导数成正比。

这表示对于给定的物理问题,至少要用微积分才可以求得其纳维 - 斯托克斯方程的解。实用上,也只有最简单的情况才能用这种方法获得已知解。这些情况通常涉及稳定态(流场不随时间变化)的非紊流,其中流体的粘滞系数很大或者其速度很小(低雷诺数)。

对于更复杂的情形,例如厄尔尼诺现象这样的全球性气象系统或机翼的升力,现时仅能借助计算机求出纳维 - 斯托克斯方程的数值解。该科学领域被称为计算流体力学。

它是一个混沌模型,当输入存在一点点不准确,预测结果就会大相径庭。

不可压缩流体通常由如上纳维 - 斯托克斯方程来建模。不可压缩流体通常由如上纳维 - 斯托克斯方程来建模。

由于其重要性,「纳维 - 斯托克斯存在性与光滑性」被美国克雷数学研究所在 2000 年列为七大千禧年大奖难题之一,解题奖金 100 万美元。与它并列的其他问题包括庞加莱猜想、P/NP 问题、霍奇猜想、黎曼猜想、杨 - 米尔斯理论、贝赫和斯维讷通 - 戴尔猜想,至今只有庞加莱猜想已获解决。

回到本次事件,北大数学学院院长在媒体回复中表示,此事有人发给他看过。他表示:「别人做不出来,韦东奕能做出来是很平常的事。第一,韦东奕人很聪明。第二,他很专心做数学。他就是生活方式比较淳朴,我们尊重他的意愿。」

另外,由于消息来源只有一张聊天截图,这一事件的真实性也引发了部分质疑:

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