文章图片
文章图片
文章图片
闻乐 发自 凹非寺
量子位 | 公众号 QbitAI
流体里藏了几十年的隐形奇点 ， 终于被找到了——
AI立大功 。
谷歌DeepMind携手布朗大学、纽约大学和斯坦福大学用物理知情神经网络（PINN）+高精度数值优化的组合拳找到了流体方程里的不稳定奇点 。
据说 ， 这种奇点非常“挑剔” ， 初始条件差一点就消失 ， 之前根本找不到 ， 这次被AI发现了 。
下面具体来看 。
AI+高精度计算的组合拳先来说说不稳定奇点为什么难找 。
奇点是啥？ 简单说 ， 就是流体运动的数学方程（比如描述水流、气流的方程）里 ， 原本平滑的解会突然出现无限大的情况 ， 比如速度梯度变得无穷大 。
这在物理上看起来不可能 ， 但数学上一直没搞清楚这种情况会不会真的发生 ， 尤其是在没有边界的流体（比如开阔的水流）里 ， 这是个超难的数学难题 。
△图源：DeepMind
之前科学家们找到的奇点大多是稳定的 。 哪怕初始条件稍微变一点 ， 这个奇点还是会出现 ， 比较好捕捉 。
但大家猜测 ， 像无边界的3D欧拉方程、纳维-斯托克斯方程（数学界六大千禧难题之一）里的奇点 ， 应该是不稳定的 。
这种不稳定奇点非常挑剔 ， 初始条件必须精准到不能再精准 ， 只要有一丁点儿偏差 ， 奇点就不会出现了 ， 所以之前用传统数值方法根本找不到 。
但这次 ， 研究者们搞出了一套新的计算框架 ， 终于系统地找到了这类不稳定奇点 。
通过物理知情神经网络（PINN）+高精度数值优化的技术路径 ， 成功在流体运动方程中定位到此前难以捕获的不稳定奇点 ， 这一成果也为非线性流体动力学的研究提供了全新范式 。
此次研究聚焦的不稳定奇点 ， 属于非正则奇点范畴 ， 最大的特点是对初始扰动的Lyapunov指数（可以简单理解成初始小差异 ， 随时间变化越来越大）极高 。
即便是微小的初始参数偏差（如流速梯度、压力场分布误差） ， 都会通过方程的非线性项放大 ， 导致奇点在传统数值计算中湮灭 。
过去 ， 科研人员采用有限元法、有限差分法等传统数值方法求解时 ， 受限于网格离散精度与计算收敛性 ， 始终无法在相空间中锁定这类奇点的稳定存在区域 。
而这次能实现突破 ， 核心在于构建了AI预搜索+高精度优化的双层计算框架 。
在第一阶段 ， 研究团队基于物理知情神经网络（PINN）构建预测模型 ， 将纳维-斯托克斯方程的控制方程作为正则化项嵌入网络损失函数 ， 通过梯度下降算法训练模型学习流场的非线性演化规律 ， 快速在高维相空间中圈定奇点可能存在的吸引子区域 ， 大幅缩小了搜索范围 。
进入第二阶段 ， 团队引入高斯-牛顿优化器与Levenberg-Marquardt算法 ， 对PINN输出的候选区域进行高精度数值修正 。
同时结合贝叶斯优化动态调整 ， 最终在大气边界层流动方程中 ， 成功捕获到3个满足Hopf分岔条件的不稳定奇点 ， 并通过特征值分析锁定了第4个候选奇点；
在多孔介质流（流体穿岩石/土壤）的达西-Brinkman方程中 ， 除发现1个稳定的鞍点型奇点外 ， 还识别出3个之前没有报道过的隐藏奇点 ， 这些奇点的存在解释了多孔介质中非达西流现象的局部突变机制 。
更具突破性的是 ， 研究团队基于奇点的拓扑特性与演化速度 ， 推导出第n个奇点的失控速度解析公式 ， 为后续奇点搜索提供了明确的理论依据 。
那对于通俗场景来说 ， 这项研究的意义可能在于：
预测台风：更准捕捉台风路径里的突变 ， 避免预报偏差； 改进飞机：更精准计算气流对机身的阻力 ， 让飞机更省油 。看得出 ， AI技术已经成为了传统科学研究的超强辅助 。
论文地址：https://arxiv.org/abs/2509.14185
参考链接：[1
https://deepmind.google/discover/blog/discovering-new-solutions-to-century-old-problems-in-fluid-dynamics/[2
https://x.com/GoogleDeepMind/status/1968691852678173044
— 完 —
量子位 QbitAI · 头条号签约
【躲了科学家几十年的流体不稳定奇点，被DeepMind用AI找到了】关注我们 ， 第一时间获知前沿科技动态
推荐阅读
- 想买iPhone 17 Air？除了贵，还有这5大缺点，看完再买！
- 荣耀撑不住了，7200mAh+50倍变焦+IP69，顶配旗舰售价一降再降
- 取消千亿芯片订单背后，美国芯片禁令的反噬还在发酵，这一刀砍得太狠了
- 华裔顶尖科学家，研发出关键AI技术，为美国做贡献
- 退步一名？中国最强芯片设备企业，排到全球第7去了？
- 微信能一键「瘦身」了？官方回应
- 芒米AIR X掌机评测：配置豪华做工精致 入门掌机市场要洗牌了
- 外媒实测：iPhone17 Pro Max日用近18小时！小梅子又心动了
- 红米k90确定10月底发布，全系2k屏+长焦镜头，小米17都感觉不香了
- 微信界面改版，这 3 个功能全变了