Tính chính quy toàn cục trong hai chiều (Ladyzhenskaya)
Phát biểu
Trong hai chiều không gian, với mọi vận tốc ban đầu trơn, không phân kỳ, năng lượng hữu hạn, phương trình Navier-Stokes có duy nhất một nghiệm luôn trơn với mọi thời gian — không bao giờ bùng nổ, trái ngược với trường hợp ba chiều còn mở.
Vì sao đúng?
Độ xoáy trong 3 chiều tuân theo , và số hạng có thể khuếch đại độ xoáy qua sự kéo dãn. Trong 2 chiều, độ xoáy là một vô hướng vuông góc với mặt phẳng chuyển động, nên số hạng kéo dãn đó triệt tiêu đồng nhất, chỉ còn lại vận chuyển và khuếch tán — không còn gì để khuếch đại nó không giới hạn.
Phác thảo chứng minh
Viết độ xoáy (một vô hướng trong 2 chiều) là và thay phương trình động lượng vào . Vì không phân kỳ và hai chiều, tính toán trực tiếp cho thấy mọi số hạng từ có thể kéo dãn đều triệt tiêu, chỉ còn phương trình vận chuyển-khuếch tán không có số hạng nguồn.
Một phương trình vận chuyển-khuếch tán không có nguồn tuân theo nguyên lý cực đại: dọc theo quỹ đạo của một hạt chất lỏng, , và khuếch tán không thể làm tăng giá trị cực đại hay giảm giá trị cực tiểu. Do đó với mọi : độ xoáy không bao giờ bùng nổ.
Khi độ xoáy bị chặn đều theo thời gian, tính chính quy elliptic áp dụng cho hàm dòng (khôi phục từ ) chặn mọi đạo hàm không gian của theo , nên vẫn nằm trong mọi không gian Sobolev nó bắt đầu.
Lặp lại lập luận này — độ xoáy bị chặn cho gradient vận tốc bị chặn, điều này kiểm soát các đạo hàm cao hơn qua chính phương trình — cho thấy nghiệm vẫn trơn với mọi , không thể bùng nổ trong thời gian hữu hạn; đây chính là điều chưa biết được trong ba chiều, nơi số hạng kéo dãn xoáy xuất hiện.
Chủ đề chứa định lý này
Chứng minh từng bước
Chưa có chứng minh từng bước cho định lý này.
Tài liệu tham khảo
- 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