中国数学家耗时6年,证明重要几何猜想!我们离菲尔兹奖有多远?
中国科技大学陈秀秀、王斌两位数学家,证明了“哈密尔顿~田刚猜想”和“偏零阶估计猜想”。
这两个猜想,属于数学里面的微分几何领域,微分几何就是用微积分去研究几何的性质。
在普通人看来,几何就是方块、三角形、圆形以及各种曲线。把一条抛物线无限放大,抛物线线段上的一段无限小的线段具有什么性质?这就是微分几何研究的问题。
这个问题看起来很无聊,但是实际上很有用。
我们知道一根直的钢丝可以把它弯成一段弧,一张a4纸也可以从平面状态弯成曲面状态,但是打开以后都可以摊平。
然而如果把一个篮球从中间破开,无论如何也无法用平面的方法来度量球的面积,因为球面是没有办法摊平成平面的。
那么这种摊的平和摊不平,要用什么方法来描述呢?这就只能用微分几何的方法来描述。
这说明一维是可以弯曲的,二维平面也可以弯曲的,那么我们要问一个问题,三维空间可不可以弯曲?
从理论上来讲是可以弯曲的,并且可以推广到N维空间。
这个学问好无聊啊,是不是?
恰恰是这种无聊、看起来很枯燥的学问,代表了这个世界运动规律的本质。
这就是所谓的形而之上谓之道。
我们肉眼能够直观看到的东西都属于维度和直观物理量。比如说线的长度,这个我们可以量出来,也可以看到。X×Y=面积, X×Y×Z=体积,这些直观的和肉眼能够看到的东西只是存在性,而不代表它们的规律。
弹道曲线的规律在于2次方,这个2是没办法用肉眼看到的。
如果自然规律肉眼可见,我们还要科学家干什么?
为什么绝大多数股民都在亏损?因为股票的技术指标,全是肉眼可见的一维存在性:价格和时间,以及价格和时间的四则运算。
这些看得见的,永远不代表规律。
而微分几何就是研究这些几何形状内在的、看不见的规律。
广义相对论就需要用到微分几何,才能计算出空间在引力场的作用下弯曲的情况。
高斯开创了微分几何,黎曼将微分几何推广到任意维度空间,爱因斯坦用广义相对论证明了微分几何的实用价值。
所以光线在弯曲的空间中也会发生弯曲,在天文学观测中可以看到被太阳遮挡住的恒星。
而且,因为空间的几何性质发生了改变,所以时间也会因此而变化。我们手机上的GPS信号,就需要用到广义相对论和狭义相对论的双重修正。
黑洞内部就有很复杂的空间几何结构。进入这些复杂的空间结构,也许人类就能永生。
一个国家科学基础的深度和广度,完全取决于有多少个数学家在这个最枯燥的领域里面完成的成果。
目前,世界的数学中心在美国。美国的科学之所以是世界第一,就是因为美国养了很多做这些无聊事的科学家,具体的说他们大部分都集中在普林斯顿。
目前,中国的数学水平在世界上不算是最差,也不算是最好,在东亚比日本稍微落后一点。
虽然中国的人口10倍于日本,但是数学家的数量却没有达到相应的比例。本次中国数学家证明的两个猜想,是一项非常振奋人心的结果。
菲尔兹奖虽然是数学里的顶级奖,但是有年龄上的限制,必须授予40岁以下的年轻数学家。所以有些数学家虽然做出了非常大的贡献,超出了40岁,也没有得到菲尔兹奖。
怀尔斯证明费马大定律,足足用了10年的时间,演算草稿用了500页,期间经历了无数的曲折。证明完成之时,怀尔斯已经超过40岁了(不过后来菲尔兹奖委员会给了他一个特别的奖。)
中国这两位科学家证明这两个猜想用的时间也相当长,撰写证明过程花了6年时间,送到期刊社审稿又花了5年时间。因为里面很多新的方法和思想,审稿的科学家要理解并且验证过。
由此可见,科学探索的道路是多么的艰深。
中国数学家证明的第1个猜想,哈密顿~田刚(Hamilton-Tian)猜想认为:在Gromov-Hausdor-fff拓扑中,(M,ωt)的任何序列都包含收敛到长度空间(M∞,ω∞)的子序列,(M∞,ω∞)是余维至少为4的闭子集S(称为奇异集)外的光滑Kahler-Ricci孤子。
微分几何学可以描述空间的性质,但是并不是所有空间都是可能在物理中真实存在。
人类最关心的是宇宙空间的性质,需要用哪一类几何学去描述,在这个问题上,物理学和数学就会产生交集。科勒几何(Kahler Geometry)就是这样的一种几何学。
中国科学家证明的第2个猜想,偏零阶估计猜想,就是关于Kahler几何中Kahler-Einstein 度量的存在性问题。
微分几何,又和另外一个数学领域~拓朴学紧密相连,拓扑讲的是事物连续变化而性质不变的一门学问。
如果一个事物的拓扑性质不变,那么它的本质就没有改变。我们说为什么5G网络是一次巨大的飞跃,就是因为它改变了网络的拓扑结构。也正因为如此,让人们认识到5G网络真正的优势也不是很容易。这就好像汽车虽然取代马车是一种趋势,但是刚刚出来的时候,汽车的性能肯定比不上一辆马车。
美国在追捕本拉登的时候,就是用了数学家们的建议,用拓扑学来分析本拉登的逃亡路线,最后缩小在一个很小的范围内。
中国数学家做出的这两个证明,是对数学领域的巨大贡献,它的价值不能完全用一个数学奖来表示。
中国的经济要自循环,必须在自主创新的基础上消除内卷化倾向。而自主创新的核心,就是在数学上深耕深耕,再深耕。