《我的數學沒有猜想,只有定理!》第765章 計算材料學 一(1)

作者:見習人類觀察員·7天前

而這一切的破局點,還要追溯到十幾天前。

當時,正在向“計算材料學”無人區發起衝鋒的徐辰,其實也遇到了一絲阻礙。

就在十幾天前,他試圖用純粹的數學推導,建立一套從底層電子密度泛函跨越到微觀位錯動力學的多尺度耦合模型,以此來硬算14.1 V高能中子引發的晶格損傷。

然而,哪怕強如徐辰,在真正直面“多體量子力學”與“宏觀時間尺度”的鴻溝時,也不得不承認這玩意兒實在太難了。

物理學界有句老話,上帝的歸上帝,薛定諤的歸薛定諤。量子層面的電子運動是以“飛秒”(10的負15次方秒)為單位計算的,而第一壁材料的老化是以“天”甚至“月”為單位的宏觀演化。要把這兩者在同一個數學模型裡無縫銜接,其難度不亞於讓你用高倍顯微鏡去測量太平洋的總水量。

當年量子力學奠基人狄拉克曾極其凡爾賽地說過:“大部分物理學和全部化學的數學理論基礎已經完全確立了,唯一的困難在於這些方程太複雜,根本解不出來。”

那幾天,徐辰深切體會到了狄拉克當年那種“我懂原理但我算不動”的憋屈感。

“好傢伙,怪不得搞計算材料的博士生個個髮際線堪憂,我要是再這麼死磕幾天,估計也得去跟趙一凡那小子拜把子、探討防脫髮洗髮水了……”徐辰看著滿螢幕發散的積分項,揉著發脹的太陽穴,忍不住在心裡暗暗吐槽了一句。

這還真不是他矯情,實在是眼前的物理場景過於變態。

在真實的聚變堆工況下,第一壁材料內部每一秒鐘都在發生著無數物理過程的交織:高能中子的級聯碰撞、高溫熱輻射引發的晶格劇烈熱振動(聲子散射)、溫度梯度帶來的熱應力滑移、以及邊緣等離子體的化學侵蝕……

如果把所有這些物理因素全部保留在偏微分方程組裡,計算量就會呈幾何級數爆炸,就算是把全國的超算綁在一起也算不動!

因此,要想讓這套計算材料學模型真正具備可用性,就必須對公式進行精簡。

即主動忽略並剔除一些次要的物理干擾項,只保留最核心的演化主幹。

……

但這恰恰是最考驗功力的地方:究竟該刪掉哪些項?

在應用數學和理論物理界,有一門極其高深的藝術,叫做“漸近分析”與“奇異攝動理論”。

通俗點說,偉大的物理學家和庸才之間最大的區別,往往不在於誰更會算,而在於誰更知道“什麼東西可以不算”。

當年流體力學大師普朗特面對令人絕望的NS方程時,就是敏銳地意識到在遠離機翼表面的地方粘性力可以忽略不計,大刀闊斧地砍掉了粘性項,提出了“邊界層理論”,這才讓人類真正造出了現代飛機。

砍得恰到好處,那是諾貝爾獎級別的神來之筆;可要是手滑砍多了,把決定材料生死的非線效能量傳遞項當成噪音給扔了,算出來的材料在現實中一照就碎;反之,要是畏首畏尾砍少了,剩下的耦合項依然高度非線性,超算照樣原地爆炸!

……

徐辰盯著螢幕上密密麻麻的運算元,腦海中做出了取捨:“目前第一壁材料最致命的死穴是14.1 V的中子輻照腫脹,而高溫熱輻射與熱疲勞,現階段現有的冷卻工程還能勉強兜底,並不是最緊迫的卡脖子痛點。”

“所以,我現在最希望從總方程裡剝離並剔除出去的,就是與‘長週期高溫熱輻射、熱疲勞’相關的背景耦合項!”

只要能精準地算出高溫熱流在長時間尺度下對晶界演化的獨立貢獻率,他就能像做代數消元法一樣,在複雜的聚變損傷總方程裡,把“熱輻射干擾項”給乾淨利落地摘出去!從而讓剩下的算力,100%集中火力去硬算“中子輻照”這個核心矛盾!

可問題是,要想精準剔除一個變數,你首先得徹底摸透這個變數本身的演化規律。沒有真實的長週期高溫損傷資料做標定,他怎麼知道哪些晶格畸變是熱輻射干的,哪些是中子乾的?胡亂一刀切,只會把方程切廢。

想到這兒,徐辰揉了揉乾澀的眼角,目光下意識地投向了書桌左上角的一個透明亞克力防塵盒。

盒子裡,靜靜地躺著一塊暗灰色的金屬樣品。

……

這塊樣品,是EAST實驗室在四小時長脈衝實驗後,特意儲存下來送給徐辰的紀念品。

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