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苏联时期的数学物理强大到什么程度?

冷战时期,苏联因为意识形态问题和整个西方世界对立。但是令人震惊的是,在这种对立和科技封锁的情况下,苏联都能做出来很多伟大的工作。1954年苏联最早建立第一个核电站,1957年苏联第一颗人造卫星上天,1961 年苏联第一个载人宇航飞行。这些伟大的成果,背后其实蕴涵着这个国家强大到可怕的数学物理积累。

讲一个故事吧,大家体会下苏联时期的数学物理有多牛逼。


基普·索恩(Kip Thorne)因为引力波的工作,与巴里·巴里什(Barry Barish)和莱纳·魏斯(Rainer Weiss)分享了2017年的诺贝尔物理学奖。2017年底,基普·索恩去瑞典领奖前来我们学校给了个talk讲他做的工作。

基普·索恩讲座上推销自己《星际穿越中的物理学》一书

基普·索恩是理论家,为激光干涉引力波天文台(LIGO)很多的理论支援。索恩是全世界公认的引力波天文学权威。自从1960年代,他就在研究,怎样从像黑洞互撞或中子星互撞这般的宇宙极端事件生成引力波。LIGO测到了很多奇奇怪怪的信号,但是不知道哪个信号来自引力波,这就需要数值模拟的帮助。

想要模拟黑洞碰撞生成引力波不是一件容易的事情,这牵扯到了求爱因斯坦方程的数值解。爱因斯坦方程是个高度非线性的方程,而黑洞又是爱因斯坦方程解中最奇葩的存在。超高的密度让黑洞附近的时空强烈扭曲,一个黑洞的动力学模拟已经难上加难了,现在还要模拟两个黑洞的碰撞。

EHT拍摄到的黑洞照片


然而基普·索恩也不是吃干饭的,从博士开始有几十年的黑洞动力学模拟经验。在LIGO项目成立前,基普·索恩在加州理工学院已经建立一个团队专攻爱因斯坦方程的计算机模拟。在解决了很多技术难题,并在现代超级计算机的辅助下,基普·索恩终于得到了一些初步数值解。其中最重要的结果是,模拟出了两个黑洞碰撞生成的引力波谱线,并成功和实验数据拟合。

LIGO的数据和数值拟合

按理说故事到这里应该结束了,然而基普·索恩顿了顿讲了个“趣事”。他的团队在计算过程中遇到了一个数值难题,为了解决这个难题他们花了大半年暴力跑程序,在图上算出了无数个点。最后终于得到一个经验曲线,后续的工作才能继续。后来几年后,他和一个来自前苏联的同事闲聊提到了这事,吐槽了当时的心酸。他的前苏联同事想了想,在电脑里查起了文章。

最后你猜怎么着,前苏联同事在60 70年代的一篇俄文文献中找到了这个方程的解析解,结果和基普·索恩的一模一样。基普·索恩震惊过后表示:还是你们毛子厉害啊…..我们超算都搞不出来的你们能手算……..

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