五步蛇

用不到一周时间,揭开困扰数学界几十年的难

发布时间:2022/8/15 14:05:14   

花了不到一周的时间,解出了一个几十年无人能解的数学难题,随后凭借这项研究和其他工作,在获得博士学位短短14个月后,就获得了MIT助理教授的职位。

这个故事真实地发生在一位年轻数学家LisaPiccirillo的身上。它乍听之下充满了“天才”、“机遇”等令人羡慕的元素,但这当然只是表象。

○LisaPiccirillo

图片来源:utexas.edu

Piccirillo喜欢扭结理论(knottheory)在视觉上的直观性,但她并不认为自己最主要的身份是纽结理论学家。Piccirillo最感兴趣的是三维和四维流形,但这些研究与扭结理论有着深刻的联系,她因此也对扭结进行了一些研究。

她的证明发表在今年二月的《数学年刊》上,这是世界最顶级的数学期刊之一。论文的标题简短而清晰“TheConwayknotisnotslice”(康威扭结不是切片),她成功证明了康威扭结不是光滑切片,并完善了少于13个交叉的切片扭结(sliceknot)的分类。

在介绍何为切片扭结之前,我们先来了解一下扭结的概念。我们日常生活中的所谓的“结”,通常是指一条绳子以特别的方式缠绕在一起,绳子的两端不会相连,这些结也可以通过相应的方式解开。

但是在数学家眼中,扭结的“绳子”两端是相连的。在过去的一个世纪里,这些“打结的环”出现在各个领域,从量子物理到DNA结构,以及三维空间的拓扑学等,帮助解释了许多的问题。

如果上升一个维度,在一个想象的空间中思考,事情也会有所不同。要在四维空间中创造一个“打结”的对象,你需要二维的球面,而不是一维的环。三维提供了足够的空间来构建打结的环,四维也为打结的球面提供了这样的空间。

对我们来说,很难想象出“四维空间中打结的球面”的画面,或许我们可以先考虑三维空间中一个普通的球。如果对这个三维空间中的普通球进行切片,你会看到一个没有打结的环。但是当你对四维空间中的一个打结的球面进行切片时,你看到的就可能是一个打结的环,也可能是一个未打结的环,亦或者是连在一起的几个环,具体取决于切片的位置。

所有通过对一个打结的球面进行切片而得到的扭结,就被称为切片扭结。并不是所有扭结都是切片,例如三叶结就不是切片。切片扭结在扭结理论的三维和四维间提供了一座桥。

○三叶结。

图片设计:雯雯;素材来源:Wiki

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