数学家利用AI发现流体方程中的隐藏奇点

2026/1/13·来源:Quanta Magazine
AI数学应用流体方程奇点发现Navier-Stokes机器学习

数学家团队利用人工智能技术,在简化流体方程中发现了潜在的不稳定奇点。这是首次在多维流体方程中识别出此类不稳定奇点。该研究为寻找Navier-Stokes方程中的奇点提供了新方法。

数学家团队开发了一种训练机器识别流体方程中潜在奇点的方法。在2025年9月发布的预印本论文中,他们重新检查了已知存在稳定奇点的简化流体方程,发现了包括不稳定奇点在内的额外潜在奇点场景。这是首次在多维流体方程中发现可能的不稳定奇点。该团队还在其他几个流体方程中发现了多种不稳定奇点候选。他们尚未找到Navier-Stokes方程中的奇点,且需要严格证明已发现的奇点确实会“爆炸”。这项研究为在更复杂场景中寻找不稳定奇点带来了希望。

Navier-Stokes方程由Claude-Louis Navier和George Gabriel Stokes在近200年前完成,描述了流体如何旋转,是现实世界流体行为的可靠理论。然而,数学家怀疑方程深处隐藏着奇点,即在某些情况下方程预测流体以非物理方式运动,如旋转成不可能的快涡流或瞬间逆转流动。找到Navier-Stokes方程中的奇点或证明其永不“爆炸”可获得100万美元奖励。此前,数学家已在简化流体方程中找到了奇点,但几乎所有都是“稳定”的,而Navier-Stokes等更现实理论中的奇点(如果存在)可能是“不稳定”的,难以发现。

背景阅读

Navier-Stokes方程是流体力学中的核心偏微分方程,用于描述粘性流体的运动,广泛应用于气象学、海洋学、航空航天和工程领域。自19世纪提出以来,该方程在理论和应用上取得了巨大成功,但其数学性质仍存在未解之谜,特别是关于解的光滑性和奇点存在性问题。2000年,克雷数学研究所将其列为七大“千禧年大奖难题”之一,悬赏100万美元求解。奇点(或“爆炸”)指方程解在有限时间内变得无界,导致物理上不可预测的行为。传统数学方法在寻找不稳定奇点时面临挑战,因为它们对初始条件极其敏感。近年来,人工智能和机器学习技术被引入数学研究,用于模拟复杂系统、优化搜索和发现新模式,这项研究展示了AI在解决长期数学难题中的潜力,为交叉学科合作开辟了新途径。

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