一盒气体BOLTZMANN · HILBERT VI
物理 × 数学 · 可交互三维演示

一盒气体
为什么知道时间方向

粒子只服从牛顿定律,而牛顿定律倒着播放依然成立。可气体会扩散、咖啡会变凉,宏观世界从不倒着走。
这支时间之箭到底从哪里出现?从一盒会碰撞的小球开始看。

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7 章 · 约 5 分钟
希尔伯特第六问题

观察粒子碰撞、速率分布与 H 函数,再亲手反转速度,看看微观可逆与宏观不可逆如何同时成立。

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从粒子到流体的一百二十五年

1900 年,希尔伯特要求从原子的力学出发,严格推导出连续介质的方程。问题听起来像是“把尺度放大”,真正的困难却在于碰撞会不断制造粒子之间的关联。

Yu Deng, Zaher Hani & Xiao Ma

希尔伯特第六问题 · 2024.08 / 2025.03 · arXiv:2408.07818, 2503.01800

1975 年 Lanford 证明硬球系统会收敛到玻尔兹曼方程,但只在约 1/5 个平均自由时间内成立——粒子平均还没来得及碰上一次。此后 50 年这个限制纹丝不动,难点在于碰撞会制造粒子间的关联,而玻尔兹曼方程假定它们始终独立。

三人通过对碰撞历史做累积量展开与重整化,把关联项完全控制住,把收敛推广到任意长时间,并接力推出欧拉方程与纳维–斯托克斯–傅里叶方程,打通了牛顿力学 → 动理学 → 流体力学的完整链条。

1900

希尔伯特提出 23 个问题

其中第六问题要求:把物理学公理化,特别是从原子的力学出发,严格推导出连续介质(流体)的方程。

1975

Lanford 的短时间推导

Lanford 证明硬球系统在极短时间内(约一个平均自由时间的 1/5)收敛到玻尔兹曼方程。此后 50 年,时间限制无法突破。

2025.03

Deng–Hani–Ma 攻克希尔伯特第六问题的核心

把 Lanford 的“极短时间”推广到任意长时间,并接力推导出欧拉方程与纳维–斯托克斯–傅里叶方程。

2026.07

邓煜获得菲尔兹奖

其工作跨越偏微分方程、动力系统与统计物理,希尔伯特第六问题的突破成为最受关注的成果之一。

L O A D I N G