定理已证明
二维全局正则性(拉德伊点斯卡雅)
命题陈述
在二维空间中,对于任何具有有限能量的光滑无散度初始速度,纳维-斯托克斯方程都存在唯一一个对所有时间保持光滑的解 —— 从不发生爆发,与悬而未决的三维情况形成对比。
为什么成立?
三维涡度满足 ,项 可以通过拉伸放大涡度。在二维中,涡度是垂直于运动平面的标量,因此该拉伸项恒等于零,只剩下输送和扩散 —— 没有任何机制能无限制地放大它。
证明思路
将涡度(二维中为标量)写为 ,并将动量方程代入 。因为 无散度且为二维,直接计算表明来自 且会拉伸 的所有项都相互抵消,只剩下无源项的输送扩散方程 。
无源项的输送扩散方程满足最大原理:沿着流体粒子的轨迹 ,有 ,而扩散不会增大最大值或减小最小值。因此对所有 有 :涡度从不爆发。
一旦涡度在时间上一致有界,对流函数(从 恢复 )应用椅圆正则性,就能用 控制 的所有空间导数,因此 保持在它最初所在的每个索尔空间中。
重复这一论证 —— 有界涡度给出有界速度梯度,后者又通过方程本身控制高阶导数 —— 表明解在所有 上保持光滑,不可能发生有限时间爆发;这正是在存在涡拉伸项 的三维情况中尚未知晓的结果。
用到此定理的主题
分步证明
该定理暂无分步证明。
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