MathLabs

Lời giải: Chứng minh chặt chẽ có máy tính hỗ trợ của Tucker bằng số học khoảng (1999)

Bước 5 trên 8: Hàng nghìn hình chữ nhật: chứng thực một miền dòng chảy không bao giờ thoát ra
Hiểu nôm na

Bên ngoài khối lập phương nhỏ quanh gốc tọa độ, Tucker chọn một mặt cắt phẳng xuyên qua hút tử (mặt phẳng z=27z=27) và chia nó thành hàng nghìn hình chữ nhật nhỏ. Với mỗi hình chữ nhật, ông yêu cầu máy tính tính toán, dùng số học khoảng, một bao đảm bảo về chính xác nơi mọi điểm trong hình chữ nhật đó kết thúc vào lần tiếp theo quỹ đạo của nó cắt mặt cắt lần nữa.

Bằng cách kiểm tra rằng bao của mọi hình chữ nhật đều rơi trở lại bên trong hợp của tất cả các hình chữ nhật, Tucker chứng thực rằng một miền cụ thể, được phân định chính xác, là một bẫy: một khi quỹ đạo đi vào đó, nó không bao giờ có thể thoát ra, dù theo dõi bao lâu. Riêng sự kiện này loại trừ việc hút tử bí mật rò rỉ ra vô cực hay tới một phần hoàn toàn khác của không gian.

Σ⊂{z=27}=⨆iRi,P(Ri)⊂rigorously-verified image⊂Σ\Sigma \subset \{z = 27\} = \bigsqcup_i R_i, \qquad P(R_i) \subset \text{rigorously-verified image} \subset \Sigma
Phân tích chi tiết

Bên ngoài khối lập phương nhỏ U0U_0, Tucker cố định một mặt cắt Poincaré hai chiều Σ\Sigma bên trong mặt phẳng {z=27}\{z=27\} (được chọn vì nó nằm trên điểm yên của gốc tọa độ và cắt hút tử theo cách ngang), rồi chia phần liên quan của Σ\Sigma thành một lưới mịn gồm hàng nghìn hình chữ nhật nhỏ {Ri}\{R_i\}. Với mỗi hình chữ nhật RiR_i, một phép tích phân số học chặt chẽ dựa trên số học khoảng của dòng chảy Lorenz tính ra một hộp P^(Ri)⊃P(Ri)\widehat{P}(R_i) \supset P(R_i) được đảm bảo chứa ảnh thực của RiR_i dưới ánh xạ hồi quy đầu tiên PP về Σ\Sigma (nối vào các ước lượng giải tích từ các bước trước bất cứ khi nào một quỹ đạo tình cờ đi qua U0U_0).

Kiểm tra, từng hình chữ nhật một, rằng P^(Ri)\widehat{P}(R_i) nằm trong hợp ⋃iRi\bigcup_i R_i chứng thực rằng hợp này là bất biến tiến: không quỹ đạo nào bắt đầu trong đó có thể rời khỏi nó. Điều này loại trừ một trong hai kiểu thất bại logic khả dĩ cho hình ảnh của Lorenz — rằng hút tử biểu kiến thực ra không bị chặn, hay rò rỉ vào một hành vi dài hạn hoàn toàn khác một khi sai số dấu phẩy động được tính đến chặt chẽ.

Tự nó, tính bất biến tiến chỉ chỉ ra một tập bị chặn, phức tạp nào đó bẫy dòng chảy; nó chưa nói lên gì về việc chuyển động bên trong miền bị bẫy đó có hỗn loạn hay bí mật là một quỹ đạo ổn định chu kỳ dài. Sự phân biệt đó là chủ đề của bước tiếp theo.

Kiến thức dùng ở bước này