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90后郑凡的数学人生!他要用数学预测地震引发的超级海啸数学,在预防海啸方面大有可为研究海浪的 “后浪” 小伙“二战”赛事,斩获金奖

作者:DeepTech深科技

郑凡的数学生涯锚定在十多年前的印尼海啸中。

2004年12月26日,印尼海啸爆发,造成至少30万人死亡或失踪。当时在上海的12岁初中生郑凡恰好正在读一本关于海洋如何移动的课外书籍,其中谈到了利用数学知识来预测和分析海啸。

正是这场海啸给了他更多的学习数学的动力。

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图|海啸给人类带来的灾难(来源:东方IC)

多年后,在2020年阿里巴巴全球数学竞赛颁奖典礼上,获得金牌的郑帆在颁奖致辞中特别提到了印尼海啸对自己的影响。

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图|郑凡在颁奖典礼上发言(来源:阿里巴巴佛法学院)

今天,他在西班牙高级科学研究所学习流体力学,包括使用数学知识来预测海啸。

海水本身是流动的,所以要研究海啸,你必须了解流体力学。在描述流体力学的运动时,有些人可能认为应该使用一些物理方程,但数学家已经写了这些方程。

<h1类="pgc-h-arrow-right">数学,在预防海啸方面很有希望</h1>

从数学的角度来看,海啸是波动幅度大的波和灾难性的波。以前,该领域的专家大多在海面平静的时候进行研究。

然而,有时在海面上会有巨大的波浪,而这种波浪的原因还不为人类所知。有的船只在海面上航行,突然发生了倾覆事故,很可能是因为这股巨浪。

卫星观测发现,这些未知波的振幅远远超出了人类的想象,这表明可能存在一些人类尚未掌握的数学困难。

一般来说,地震会引起海啸或海浪。以前在这个领域的研究也主要是围绕海啸或海浪的蔓延。然而,人类目前面临的痛点是,海啸通常是由海底地震引起的,其源头在海底50公里以内,里氏6.5级以上。

地震通常伴随着余震,余震震中可能远离主震中,所以郑凡的研究课题是:如果两个地方同时发生地震,两地同时发生海啸,那么两次海啸有多大,它们之间是否会有相互作用。

在他的具体研究中,他做的第一件事就是穿透流体力学中的一个重要模型:重力波模型。该模型有着悠久的历史,1959年,剑桥大学保罗M.教授保罗A.M狄拉克用数学方法证明了引力波的存在。

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图|郑帆的研究

在流体力学中,引力波是液体介质内或两种介质界面之间的波,例如大气和海洋之间的波。

当一小团液体离开液位或进入同一液体的不同密度区域时,由于重力作用,液体斑点将以波动的形式摆动。这种振荡产生的波是海啸的原因。

经过一年多的研究,郑凡写了一篇名为《3D重力水波的长期规律性》的论文。

这篇论文的结论是,占据一半三维空间的不可压缩流体在自身的重力作用动。简单来说,引力波模型在预测多次地震引起的海啸方面仍然具有相当的准确性。

他计划真正将这项研究推向海啸预测。据郑凡介绍,利用研究成果,可以构建更精确的海啸模型,辅以计算机数值模拟,更准确地预测海啸的传播规律,使潜在受灾地区做出更充分的应对计划。

<h1 class="pgc-h-arrow-right" >研究波浪的"后波"家伙</h1>

这个研究波浪的"后浪潮"家伙的成长经历也相当棘手。郑凡几岁的时候,当父母带他去社区散步时,他发现自己喜欢盯着车牌,能很快背诵车牌号。

家长们判断这是一个有数学天赋的孩子,并计划训练他学习数学。因此,郑凡的学生时间很多都花在了数学科普书籍、数学游戏和数学竞赛上。

在小学时,郑凡的学校每周六都有奥林匹克兴趣课,虽然课程难度大,但他学得很好。碰巧数学老师说有一些比赛要参加,所以从小学开始,他就一直是数学领域的常客。

几年后,郑凡考入了上海著名的世北初中,该校也有许多比赛、综合比赛成绩和往常成绩,他进入上海中学读高中。

在上海中学,郑凡开始参加上海高中数学联盟,并名列前茅。凭此,他有资格参加全国中学生数学冬令营。

在冬令营中,郑帆的成绩排在前六位。然后,他代表国家队参加了国际数学奥林匹克竞赛,以及其他杰出的球员。最终,包括郑帆在内的六名学生获得了金牌。

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图|郑凡获得国际奥林匹克金牌(来源:受访人)

根据他在比赛中的成绩和通常的成绩,他被护送到北京大学数学学院,在大二时转学到麻省理工学院学习基础数学,后来被普林斯顿大学录取攻读博士学位,获得数学偏微分方程博士学位。

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图|郑凡在北京大学(来源:受访人)

值得一提的是,阿里巴巴全球数学竞赛的四位金牌得主郑凡,在本科学习期间都曾在北京大学数学学院学习。

现在郑凡在西班牙数学科学院做博士后研究,主要研究方向是流体力学。

<h1级="pgc-h-arrow-right">"二战"赛事,获得金牌</h1>

郑凡出生于1992年,在本次比赛的金牌得主中,他年纪稍大一些,在颁奖词上更加成熟,展现出更高的视野。这也与他相对丰富的经验有关。

这是他第二次参加阿里巴巴全球数学竞赛,第一次他也参加了比赛并获得了铜牌。两年后,他再次争夺金牌,他认为这主要是由于选择了"分析与方程"赛道,这也是他正在努力的方向。

谈及第二次参加比赛的初衷,他说这是因为阿里巴巴全球数学大赛的很多话题都与生活息息相关。比如,有些数学测试是为外卖兄弟规划路线,有些是分析如何使用淘宝优惠券。接地气的数学问题也让郑凡决定"第二次出门"。

虽然标题看似流行,但却隐藏着神秘,没有一定的数学基础,很难通过习俗,有网友评论说"话是明白的,但不会做到的。

据了解,全球超过5万人报名参加本次比赛,超过15000人提交了答卷,最终有500多名选手进入决赛,而郑凡的成绩则位居前四,获得金奖。

由于获胜的概率只有0.15%,这次比赛也被网友评为"史上最难的数学比赛"。参加比赛后,郑帆最大的感受就是数学无处不在。阿里巴巴达摩院还表示,数学是所有自然科学的基础,许多前沿技术研究与数学密不可分。

2020年初以来,中国抗击疫情,利用云计算、人工智能、大数据等技术构建了强大的"技术免疫系统",而这些技术的出现和发展,都是建立在基础数学的有力支撑之上的。

中国科学院院士、美国艺术与科学院院士、北京国际数学研究中心主任、大赛命题委员会和指导委员会主任田刚在颁奖典礼上也表示,中国需要培养一批优秀的年轻数学家,才能使中国真正成为数学强国。

什么是年轻的数学家?第一个一定是年轻的,第二个必须是聪明的,那就是优秀的"背波"。而郑帆的"背波"恰好是研究海浪的。当"后浪"去征服海浪时,它必须能够乘风破浪。

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