第一個周的時間,林葉都完全沉浸在文獻的海洋之中。
他首先研讀的是普朗特在1904年發表的那篇開創性的論文——《論粘性很小的流體的運動》,通過這篇論文,他也看到了一位物理學大師如何通過天才般的直覺和量級分析,從複雜的納維-斯托克斯方程中剝離出「邊界層」這一核心概念。
「原來如此……」林葉的眼中閃爍著明亮的光芒,「關鍵在於對『粘性』影響範圍的限定。在遠離物體的區域,流體可以視為理想流體;隻有在緊貼物體的薄層內,粘性才起主導作用,這一個近似,就將一個橢圓型的偏微分方程,在邊界層內簡化成了一個拋物線型的方程,從而讓問題變得可以求解!」
除了這篇影響力最大的論文之外,還有普朗特的弟子,布拉修斯的博士論文。
在這篇論文中,布拉修斯首次提出了精妙的「相似性變換」,將描述邊界層流動的偏微分方程組,轉化為瞭如今以他名字命名的常微分方程,也就是林葉這次的選題中所提到的Blasius方程。
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這些論文都是一百年前的理論了,以林葉如今學過的知識來說,研究起來也並不是很困難。
此外,他語言能力的提升,以及本身數學和物理能力的加成,也讓他在這個過程中可謂是事倍功半——至於為什麼物理能力也參與了進來,自然是因為他這次的課題和流體力學有著緊密關係,算是數學物理領域,因此物理能力的加成也在這個過程中發揮了作用。
當然,還有一個不可忽視的因素,那就是修煉空間的作用。
他現在已經確定,處於修煉空間之中的他,不會飢餓,不會疲憊,注意力高度集中,如果不是他自己主動打斷,他的注意力甚至能夠一直保持在研究上。
同時,似乎這個修煉空間也讓他的心理水平能夠保持在一個穩定的狀態,即使過去了幾天,他都冇有感覺這樣孤身一人很難受——當然,或許也是他本身就很能耐得住寂寞也說不定呢?
總之,在各種各樣的BUFF加成下,他的研究十分順利。
於是從第二週開始,他就開始了自己真正的研究工作。
他的目標,是對Blasius方程的解進行深入的分析和求解。
他熟練地推匯出了經典的Blasius級數解,並分析了其在η=0,即壁麵附近的性質。
然而,當他研究解在無窮遠處的漸進行為 f(η)≈η-β時,卻發現了一個問題,所有文獻都隻是給出了常數β的一個數值近似值,β≈ 1.7207,這個值是通過數值計算得到的,卻缺乏一個嚴格的、純粹由解析方法得出的理論界定。
「也就是說,我們知道這個常數大概是多少,但冇有人從理論上證明它必須落在哪個精確的區間內。」林葉的眉頭緊鎖,一個大膽的想法在他腦海中萌生,「我能不能……用純粹的數學方法,為這個重要的物理常數β,給出一個嚴格的解析解?」
數值解和解析解之間是不一樣的。
數值解得到的是近似解,其精度取決於所使用的演演算法和計算資源,而解析解則是基於數學推導得出的精確表示式。
數值解因為離散化和計算捨入誤差存在精度上的損失,而解析解則是具有嚴格的數學正確性!
而這帶來的就是,想要得到解析解的難度,相對於得到數值解的難度要更高。
因為它對於數學的要求更高一些!
而這,也正好符合林葉這項成果所屬的數學領域!
這個想法,就是他本次研究的核心創新點,他要做的,不是去計算β,而是去證明β的取值範圍。
接下來的半個月,林葉就陷入了瘋狂的、純粹的數學推導之中。
他查閱了大量關於常微分方程定性理論的資料,學習了比較定理、上下解方法等高等技巧。
他的思路是構造兩個輔助函式:一個「上解」函式 f_upper(η)和一個「下解」函式 f_lower(η),這兩個函式形式已知,並且能夠用嚴格的數學不等式來夾住真正的解 f(η)。
如果他能成功構造出這樣的函式,那麼通過分析這兩個函式的漸進行為,就能得到β的嚴格上界和下界。
毫無疑問,對於他這樣初入學術的高中生來說,這個過程充滿了挑戰,他嘗試了多項式、指數函式、以及它們的各種組合,在草稿紙上進行了無數次的演算。
教室裡的燈光與窗外的黑暗交替了十幾二十多次,他卻渾然不覺,完全沉浸在數字與符號構成的抽象世界裡。
直到第二十九天。
……
林葉看著麵前草稿紙上麵寫下的一個嶄新的定理:對於Blasius方程的解f(η),其無窮遠處的漸進行為常數β滿足以下嚴格不等式:1.718