定理証明済み
二次元における大域正則性(ラディジェンスカヤ)
内容
二次元空間において、有限エネルギーを持つ任意の滑らかな発散なし初期速度に対し、ナビエ–ストークス方程式はすべての時間で滑らかであり続ける一意解を持つ — 未解決の3次元の場合とは対照的に、爆発は決して起こらない。
なぜ正しいのか?
3次元の渦度は に従い、項 は引き伸ばしによって渦度を増幅させうる。二次元では渦度は運動平面に垂直なスカラー量であり、この引き伸ばし項は恒等的に消え、輸送と拡散だけが残る — 無制限に増幅させるものは何もない。
証明の概略
渦度(2次元ではスカラー)を と書き、運動方程式を に代入する。 が非圧縮性かつ二次元であるため、 から生じる を引き伸ばすことになるすべての項が直接計算で消え、ソース項のない輸送拡散方程式 が残る。
ソースのない輸送拡散方程式は最大原理に従う:流体粒子の軌道 に沿って となり、拡散は最大値を増やしたり最小値を減らしたりできない。したがってすべての で となり、渦度は決して爆発しない。
渦度が時間に一様に有界であれば、流を関数( から を復元)に楕円型正則性を適用することで、 のすべての空間微分が によって抑えられ、 は最初に属していたすべてのソボレフ空間に留まる。
この論議を繰り返すことで — 有界な渦度が速度勾配を有界にし、それが方程式自体を通じて高次微分を制御する — すべての で解が滑らかであり続け、有限時間での爆発は起こりえないことが示される。これはまさに、渦の引き伸ばし項 が存在する三次元では未知である事柄である。
この定理を使うトピック
ステップごとの証明
この定理のステップごとの証明はまだありません。
参考文献
- Charles L. Fefferman (2000). Existence and Smoothness of the Navier-Stokes Equation (Millennium Prize Problem)
- Terence Tao (2016). Finite time blowup for an averaged three-dimensional Navier-Stokes equation · arXiv:1402.0290
- L. Caffarelli, R. Kohn, L. Nirenberg (1982). Partial regularity of suitable weak solutions of the Navier-Stokes equations