Wiener-Hopf方法的复兴:牛顿数学所讨论班侧记 | NSR观点

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FUTURE远见| 2020-12-16

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Wiener-Hopf方法是从20世纪30年代开始发展起来的,针对一大类积分方程的理论解法。通过Fourier变换,并巧妙运用Wiener-Hopf因子分解技巧和复分析理论,可以解析地解决含混合边界条件的波动方程等偏微分方程问题。

近100年来,以应用数学家为主的科学家们已经针对电磁波、声学、流体和固体中的各类弹性波等实际问题,通过Wiener-Hopf方法建立了一系列数学模型,来帮助揭示相关物理机制、校验计算工具和实验设置。相关的学术流派过去主要集中在英国、俄罗斯和希腊。

2018年以来,剑桥大学牛顿数学所将复分析及其应用作为主要研究问题,并围绕该主题组织了数十次国际会议和讨论班。其中2019年8月5日到30日的讨论班的研究主题聚焦于Wiener-Hopf方法及其应用。(“Bringing pure and applied analysis together via the Wiener-Hopf technique, its generalisations and applications”)参加此次讨论班的几个主要研究团队(来自剑桥大学、北京大学、亚伯大学等高校,详见下图)合作撰写了一篇观点文章,对Wiener-Hopf方法的复兴前景进行了具体的展望。这篇文章于近期发表在《国家科学评论》(National Science Review, NSR)。

20198Wiener-Hopf讨论班全体成员合影(背景为剑桥大学应用数学与理论物理系楼群,照片往左数步即为牛顿数学所)。从照片左起,该文作者I.D. Abrahams2排第3,黄迅在2排第9A. Kisil1排第6G. Mishuris1排第9M. Nieves在最后排中间,S. Rogosin2排第10I. Spitkovsky1排第10

文章中,作者们首先简要回顾了Wiener-Hopf方法的历史,及其与复分析和Riemann-Hilbert问题的联系,进而引出当前的研究焦点矩阵形式的Wiener-Hopf核分解技术,并分别阐释其与分析技巧、数值解法、数学物理建模之间的联系;最后扼要阐述了新方法和技巧在人工智能、材料等新领域的可能应用。

总的来说,该文的数学技巧部分高度概括了讨论班第一周的成果(主题:Factorisation of matrix functions: New techniques and applications),并强调了Wiener-Hopf方法的(更大)复兴还需要在以下两个方向上做更多工作:

(1)联系和解决现有实际应用问题;

(2)发展数学工具、拓展新的应用方向。

注:本次讨论班所有演讲视频和大部分讲义可在牛顿数学所网站下载。
参考链接:
Reinvigorating the Wiener-Hopf technique in the pursuit to understand processes and materials
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaa225

2020年10月17日