第214章 顺手的指点-《超神级学霸》
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洛特·杜根看了眼守在院子里几个人影,问了句。
“保镖?”乔泽不太确定的说道。
自从上次那位姓杜的主任来跟他聊过之后,之前一直默默跟着他的那个被代号“火种”的小组,干脆就搬进了研究所的院子里,直接把之前一楼之前堆放杂物的一间房清理了出来,成了他们的据点。
平时也经常在院子里晃悠,甚至连研究所的垃圾都要检查一遍。
好在这些事情对乔泽的工作跟生活并没有造成什么影响,他便也随这些人去了。
其实说起来还是有好处的。
就好像今天晚上早早就约好了要跟洛特·杜根聊聊,乔泽也知道苏沐橙肯定对他们之间聊的内容不感兴趣,然后小妮子就跟着上次杜主任答应安排的两个年轻女人出去逛街了。
还带着路秀秀一起。
今天只是他博士毕业而已,但身边最亲密的两个女人都兴奋的像是过节一样。
乔泽的回答也让洛特·杜根愣了愣,眼神又在小院里的那些人脸上晃了一圈,才开口道:“哦,好吧……算了,你还是先看看这个,你知道的,我一直在研究n体问题。
今天你的报告会给了我许多灵感,下午我跟彼得·舒尔茨又聊了很多,想到的东西都在这里了。你先看看,然后一定要帮我提点意见。”
说着洛特·杜根将下午跟彼得·舒尔茨讨论后写的手稿递了过去。
“是博士毕业答辩。”
乔泽纠正了洛特·杜根的口误,接过了洛特·杜根的手稿,认真的扫了一眼,感觉有些意外。
很明显手稿里的内容用到了他今天才刚讲到的公式,涉及到超越几何学的概念。
一种新的数学方向跟思想引申出的数学工具,往往意味着能解决许多数学问题。就好像微积分在这个世纪已经成了研究数学最基本的工具。
但洛特·杜根能通过他的博士答辩就有了灵感,考虑到利用超越几何来解决n体问题,却是连乔泽都没想到的。
而且看上去这思路好像还的确有些意思,甚至给了他些启发。
果然,苏沐橙说的没错,这些老人家们的能力还是很强的,无非是之前没有接触过这些而已。
不过真要说起来,从0到1的难度,本就远远比从1到100要更难。
花了大概十分钟看完了手稿中的内容,乔泽抬起头看了眼一脸期望的洛特·杜根,脑子里快速思考起来,片刻后才说道:“不如更大胆些。”
“更大胆些?什么意思?”一直没说话的彼得·舒尔茨偏了偏头,开口问道。
“有笔吗?”乔泽看了彼得·舒尔茨一眼,问了句。
没等彼得·舒尔茨有所反应,洛特·杜根连忙从兜里抽了一支笔递了过去。
乔泽拿起笔,直接开始在手稿上书写起来,嘴里随口解释着:“与其这样间接转换,不如直接用引入超越几何来描述物体的位置。”
洛特·杜根伸着脖子看向乔泽写下的内容,身边的彼得·舒尔茨则开口说道:“这能行吗?”
“当然,但需要使用一种基于超越几何的新坐标系,将每个物体的位置表示为超越数。”
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“等等,我不太明白,这样难道不会让计算变得更复杂?”
“不会,恰好相反,这样其实允许我们更精确地描述物体之间的相互作用,特别是在物体非常接近的情况下,可以通过对其进行级数展开来近似计算相互作用力。而且不止是经典n体问题,同样可以引申到相对论性n提问题。”
听到乔泽的话,彼得·舒尔茨也忍不住站了起来,凑到了乔泽身边开始看起了他在稿纸上的演算。
“这是椭圆模型?”
“对,先预设一个三体问题,将三体系统的每个物体的位置表示为椭圆函数的解。”
说完,乔泽又在手稿上写下了三个公式。
[ x_i(t)= a_i \cos(\omega_i t +\phi_i),]
[ y_i(t)= b_i \sin(\omega_i t +\phi_i),]
[ z_i(t)= c_i \cos(\omega_i t +\phi_i),]
然后开口解释道:“其中(a_i, b_i, c_i)分别是椭圆的半长轴、半短轴和半高轴,(\omega_i)是椭圆的角频率,(\phi_i)是初始相位。”
洛特·杜根先是露出恍然的神色,随后又皱着眉头问道:“但这如何影响相互作用力的计算?”
“通过级数展开来逼近相互作用力,比如我们先考虑物体(i)和(j)之间的引力,那么定义相互作用力为……”
说话间,乔泽又在手稿上写出一串公式。
[\mathbf{f}_{ij}=-g \frac{m_i m_j}{|\mathbf{r}_i -\mathbf{r}j|^2}\hat{\mathbf{r}}{ij},]。
然后说道:“(g)是引力常数无需解释,(m_i, m_j)分别是物体(i)和(j)的质量,(\hat{\mathbf{r}}_{ij}=(\mathbf{r}_j -\mathbf{r}_i)/|\mathbf{r}_j -\mathbf{r}_i|)是单位矢量。”
“这怎么做级数展开?超越几何学还涉及到力学的计算?”
“超越几何学中允许使用逐项逼近技术,可以用于做级数展开,具体可得……”
[\frac{1}{|\mathbf{r}_i -\mathbf{r}j|}=\sum{k=0}^{\infty}\frac{\psi_k}{r^{k+1}},]
“对了,(\psi_k)就是系数。”
看着手稿上开始逐渐变得丰满的公式,彼得·舒尔茨突然感觉人有些不好了,拧着眉头说道:“不对,这样会有级数展开的截断误差,这个误差是不可控的吧?”
“有办法的,你忘了今天我讲解论文的时候是怎么解决的吗?设置一个截断参数 n,仅考虑级数展开的前n项。只要n的值够大,模型在数学上趋近于精确解。
当然涉及到天体位置计算,我们并不需要那么高的精度,直接综合考虑超算的性能跟所需要的精度,来设置截断参数好了,起码比去求解高阶微分方程的计算量要少的多。”
洛特·杜根下意识的抬手比划了两下,忍不住问道:“这样迭代求解的过程中,会遇到了数值不稳定性的问题,怎么解决?”
“嗯?”
乔泽随手写下最后一笔,又仔细看了一遍自己的推导过程,这才将笔递还给了洛特·杜根,开口道:“我记得有一种自适应步长的数值积分算法,加上超越几何在解决这种复杂问题时的优越性,应该能保证在物体之间距离较小时,数值解仍然稳定。
当然你们还可以用数值稳定性分析来调整算法的参数。总之方法应该还有很多,不过让我来解决这个问题的话,肯定会选用这个思路。另外如果是要计算相对论性的n体问题,就用爱因斯坦场方程代替传统牛顿引力定律,大概思路没什么变化。”
说完,乔泽便将手稿跟笔递还给了洛特·杜根。
洛特·杜根傻傻的接过乔泽递来的手稿,看着上面的内容,脸上表情飞速变换着。
真的,研究n体问题这么多年,他头一次感觉思路如此清晰。
最重要的是,他算是体会到了乔泽在解决数学问题上的大胆。
又或者说思路有多灵活,当然也可能是因为他对超越几何学的了解更深入。
总之他给出的思路完全是颠覆性的。
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