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15小时前来自 科学看点

介绍一下邓煜在流体动力学方面的研究成果

一、科研突破:攻克希尔伯特第六问题核心

1. 问题背景

希尔伯特第六问题要求用数学公理体系统一解释物理现象,其核心涉及从微观粒子系统到宏观流体方程的严格推导。具体而言,就是将物理世界分为量子、微观、介观和宏观四个尺度,对应的基本方程分别为薛定谔方程、牛顿方程、玻尔兹曼方程和流体力学中的欧拉方程与Navier-Stokes方程。在特定假设下,该问题可分解为两步:先由牛顿方程推导出玻尔兹曼方程,再由玻尔兹曼方程推导出流体方程。过去一百多年,第二步论证基本完成,但第一步长期悬而未决,因其核心矛盾在于牛顿力学的时间可逆性与玻尔兹曼方程的不可逆性之间的鸿沟。

2. 核心成果

2025年,邓煜与扎希尔·哈尼、马骁合作,发表长达200多页的论文,首次建立从牛顿硬球模型到玻尔兹曼方程的完整数学推导链条,并进一步严格推导出不可压缩Navier-Stokes方程和可压缩欧拉方程。这项成果被学术界称为“狭义希尔伯特第六问题”的突破性解答。

3. 关键创新

团队引入“累积量”概念,用以度量粒子间真正的关联强度。邓煜等人证明,在玻尔兹曼-格拉德极限下(小球半径趋于无穷小、数量趋于无穷大),微观粒子间因碰撞产生的“纠缠记忆”虽真实存在,但其影响在宏观极限下一定衰减为零。研究团队开发了“切割算法”,将庞大的碰撞历史图谱分解,精准定位每次“再碰撞”节点,并严格证明几何空间体积衰减效应大于碰撞历史图谱发散效应,从而系统性地证明分子混沌假设在任意长时间内的有效性,打破了此前仅能在极短时间成立的“短时魔咒”。

二、学术传承:从波湍流到硬球气体

1. 方法移植

邓煜的突破性技术手段源于其此前在波湍流领域的研究成果。他曾长期研究从非线性薛定谔方程推导波动力学方程,在处理波系统中的微观可逆与宏观不可逆悖论时积累了丰富的数学工具。2018年左右,他意识到波系统与粒子系统底层逻辑相通,遂将处理量子波浪的方法大加改造后移植到经典粒子系统,最终破解了硬球气体的百年难题。

2. 灵感来源

2022年底,邓煜在一次学术交流中了解到统计物理中玻尔兹曼方程相关的未解难题,敏锐意识到这与团队正研究的波动动力学方程高度相似,随即邀请马骁加入。2024年春天,在整套证明框架基本成型、仅剩一处核心难点时,合作者哈尼专程参与讨论仍无解法。哈尼走后第二天,邓煜去附近小山徒步时,一个可行的推导方案忽然在脑海中浮现,回到住处后立刻落笔完善论证,完整的证明链条就此建立。

三、科研精神:直觉、草稿纸与AI

谈及AI和超级计算机对偏微分方程和统计物理研究的影响,邓煜表示,AI在目前的研究中暂时还起不到在其他某些学科中那么大的作用,但发展很快。他认为,“直觉、草稿纸和黑板”在今天仍是必不可少的工具。他曾在采访中探讨围棋与数学思维的共通之处,指出围棋的“大局观”需要仔细观察当前局面、寻找突破点并制定策略,这与一般意义上的科研逻辑相通。

四、从微观到宏观的科学意义

邓煜的成果从数学上证明了自然界“涌现”现象的必然性:大量微观粒子的碰撞,在宏观尺度上必然产生流体和热传导等规律。这种从“可逆”到“不可逆”的跨越,揭示了时间之矢的数学本质。著名科普人士指出,该框架对量子测量问题也有启发意义,为弥合量子与经典物理的鸿沟提供了新路径。

五、跨界多元的数学家

1. 知乎上的“灯神”

邓煜以“数学话题优秀答主”身份活跃知乎十余年,其主页既包含专业的数学答疑,也充满动漫同人讨论、围棋死活题分享和用数学名词创作的诗词。他曾在知乎自嘲:“读博士很轻松”,还幽默回应网友抬杠,被网友称为“灯神”。

2. 诗意与理性交织

邓煜将数学名词写入古典词牌,创作《临江仙·集数学物理名词戏作》,其中“银河明灭处,黑洞有无中”“相思多少意,趋向正无穷”等句展现了理科生独特的浪漫。他还出版个人诗词集《百千集·邓煜诗词选》。

3. 终生不渝的热爱

邓煜自称“喜欢诗歌、故事、小说、谜题、漫画、围棋、足球,以及一切美丽而迷人的事物”。即便在科研最紧张的2018年以后,他仍表示“该感兴趣的东西还是感兴趣”。这位从围棋少年转型数学家的学者,用完全松弛的人生态度诠释了顶级数学家也可以是鲜活、多元、有趣的个体。