三体问题享誉科学界和科幻界。自十七世纪牛顿提出三体问题至今已有300多年。欧拉、拉格朗日、拉普拉斯、庞加莱等许多著名数学家和物理学家都研究过这一经典问题，但时至今日，三体问题仍未得到根本解决。理论上，三体问题周期解有无穷多种，但在“三体问题”提出后，只发现了3族周期解。到了1993年，两位国外科学家借助计算机找到了11族新周期解，引起轰动。在求解“三体问题”周期解的进度条上，人类一直“龟速”前进。直到上海交通大学教授廖世俊团队出现在这个赛道上，他提出一个获得混沌动力系统收敛轨迹的策略——洁净数值模拟（Clean Numerical Simulation，CNS)。

CNS能将数值误差降到足够小，从而可获得混沌系统足够长时间内收敛的数值解，在理论上为准确获得“三体问题”的周期轨道铺平了道路。与此同时，他的团队也在一次次不断推进三体问题周期解，2017年，提出了695族周期解；2018年，1,349族周期解；2021年，135,445族周期解，并提出一个求解任意质量三体问题周期解的路线图。

廖世俊教授将此前的研究汇聚成书——Clean Numerical Simulation《洁净数值模拟》，本书向学术界系统性介绍了洁净数值模拟的基本思想及其典型应用，从而吸引更多的年轻学者关注，推动其不断完善和发展。

我们特别邀请到了本书作者-来自上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院的廖世俊教授，为我们详细讲述本书背后的故事。

作者介绍

廖世俊是上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院讲席教授，“海洋工程全国重点实验室”主任，主要研究领域为非线性力学、湍流、波浪和海洋工程。他1992年原创性提出求解力学中强非线性问题的“同伦分析方法”（Homotopy Analysis Method，简称HAM），克服了摄动理论的局限性，为强非线性问题提供了一个全新的解析近似方法，得到国际学术界广泛的应用。

廖世俊教授在2009年原创性提出“洁净数值模拟”（Clean Numerical Simulation，简称CNS），为混沌系统、湍流的研究提供了一个全新的工具。他及其团队应用CNS成功求解了力学中著名的三体问题，将其周期解数量增加了几个量级；并应用CNS首次实现湍流“干净”的数值实验。他撰写了三本英文专著，其论著被SCI检索他引13,266次，曾荣获国家自然科学二等奖（1/1）、上海市自然科学一等奖（1/1）以及“上海市科技精英”称号，2023年获英国普利茅斯大学荣誉博士学位。

访谈内容

Q1：您编写这本专著的主要目的是什么？

廖世俊：我想首先介绍一下提出“洁净数值模拟”的背景。上个世纪末提出“混沌效应”的Lorenz教授，发现混沌动力系统的轨迹不仅对初始条件敏感，而且对人为的数值算法也非常敏感：即采用不同的算法得到的混沌轨迹很快就完全不同。这个结果得到其他研究人员的证实后，马上导致学术界一些激烈的争论。欧美几个研究小组认为，人类永远无法获得收敛的混沌轨迹，因此所有混沌轨迹的数值计算结果就是人为的数值噪音。我2008年在一个国际会议上得知了这些结论，非常的震惊，它极大地激发了我的好奇心，很想知道能否获得收敛的混沌解，以及剔除人为数值噪音的混沌解有何特点。

经过一年多的尝试，我2009年提出了“洁净数值模拟”（简称CNS, Clean Numerical Simulation）这个求解混沌系统和湍流的超高精度算法。与传统的方法不同，“洁净数值模拟”采用了多精度数据运算，可以将人为的数值噪音降低得非常小，从而在足够长时间里获得收敛的混沌轨迹。在过去十五年里，我与团队成员合作，坚持不懈地完善这个全新的数值计算方法，成功将其计算效率提高了几个数量级。并将其应用于著名的、具有三百余年历史的三体问题，成功将三体问题周期轨道的数量增加了几个量级，而且将其应用于湍流的数值模拟，实现了湍流的“干净”数值实验。十五年来，我们共发表了30余篇国际杂志论文。但我觉得应该写一本学术专著，向学术界系统地介绍该方法的基本思想及其典型应用，从而吸引更多的年轻学者关注该方法，推动其不断完善和发展。

Q2：这本书的主要特点和主要贡献有哪些？ 

廖世俊：这是一本学术专著，首次简述了“洁净数值方法”，也就是CNS的基本思想及其最重要的几个应用。

总共有7个章节，共140余页。第一章，简要描述为何要提出“洁净数值模拟”、其基本思想和重要的应用，以及提出的几个猜想。第二章，简述求解有限维混沌系统的CNS算法。第三章，简述求解时空混沌系统的CNS算法。第四章，应用“洁净数值模拟”探讨宏观随机性之起源。第五章，应用“洁净数值模拟”发现某些混沌系统不仅具有轨道的不稳定性，而且具有统计不稳定，从而提出超混沌这个全新的概念，并探讨“实验可重复性”这个热门话题。第六章，应用“洁净数值模拟”求解湍流问题，首次实现了湍流“干净”的数值实验，并显示传统数值方法给出的计算轨迹被人为的数值噪音严重污染。第七章，应用“洁净数值模拟”求解三体问题这个著名的难题，并给出求解任意质量三体问题周期轨道的路线图。

不同于传统计算方法，我们提出的“洁净数值模拟”可以将人为的数值噪音降低到足够小，从而可以在一个足够长的时间内获得混沌系统或湍流的“干净”数值模拟。这里“干净”的意思是：人为数值噪音很小，可以忽略不计。因此，“洁净数值模拟”为混沌系统和湍流研究提供了一个全新的工具。特别是，可以从一个全新的视角，在剔除人为数值噪音环境下研究湍流性质。基于“洁净数值模拟”的湍流数值试验是“干净”的。

Q3：从本书最初策划到最终出版，您觉得遇到最大的挑战及障碍是什么？您是如何克服的？ 

廖世俊：1992年，我曾提出一个求解力学中强非线性问题的解析近似方法，即“同伦分析方法”，简称HAM（Homotopy Analysis Method）。该方法提出后十年内都很少有学者关注。但2003年，我通过Taylor & Francis旗下出版品牌CRC Press出版了一本学术专著《超越摄动：同伦分析导论》，在此之后，“同伦分析方法”迅速得到国际学术界的认可和广泛的应用。所以我对贵出版社编辑的科学鉴赏力是非常钦佩的，对CRC Press充满着感激。

从2021年4月计划写这本书，到2023年春天完成，大约两年。对我而言，最大的挑战是内容的选择。今天我们已经进入了信息和网络时代，人们生活节奏普遍加快，有时间读一本几百页专著的概率大幅减小。因此，我决定这本书不能超过150页，仅介绍最重要的理论和应用，将细枝末节的有关信息放在参考文献，或者提供相关的网络链接，方便有兴趣的读者进一步研究。舍弃，总是困难的，但也让自己从一个全新的视角看待整个方法体系以及价值。

Q4：Taylor & Francis在这个过程中是如何协助您出版本书的？为您带来了什么样的价值？您对我们有哪些建议？

廖世俊：2003年，我的第一本专著是由CRC Press出版发行的，对“同伦分析方法” 的推广和传播起到了非常重要的作用，我一直心怀感激。2021年的春天，CRC Press的资深编辑Robert Ross邀请我再写一本英文专著并给予我充分的选题自由。这再次激发了我写专著的热情。在此我衷心的感谢Robert Ross对本人的充分信任，特别钦佩其敏锐的科学鉴赏力。在整个出版过程中，Taylor & Francis相关人员给予了本人全方面的帮助，校稿等都非常的认真负责，保证了本书的高质量出版。

Q5：您对于开放获取图书(Open Access Book)有哪些了解和看法？

廖世俊：我本人是支持开放获取的，这个肯定更有益于知识的快速传播，但是非常遗憾，我之前仅知道杂志的开放获取，我是前几天才知道专著也可以开放获取，如果我早知道专著也可以开放获取的话，我可能也会选择将本专著开放获取。我觉得这是一个很好的事情。

廖世俊教授及其团队通过提出“洁净数值模拟”（Clean Numerical Simulation，CNS）策略，为三体问题这一古老而复杂的科学难题带来了革命性的突破。他们的研究不仅显著增加了三体问题周期解的数量，还为混沌动力系统和湍流的研究提供了全新的视角和方法。

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