庞加莱猜想

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作为对比,图中环面上两个上色的圆均无法连续地收紧成一点。因此环面并不与球面同胚。

庞加莱猜想最早是由法国数学家龐加萊提出的一个猜想,是克雷數學研究所悬赏的数学方面七大千禧年难题之一。2006年确认由俄罗斯数学家格里戈里·佩雷尔曼(俄语:Григорий Яковлевич Перельман,1966年6月13日出生)完成最终证明,他也因此在同年获得菲尔兹奖,但並未現身領獎[1][2]

基本描述[编辑]

在1904年發表的一組論文中,龐加萊提出以下猜想:

任一單連通的、封閉三維流形與三維球面同胚

上述簡單來說就是:每一個沒有破洞的封閉三維物體,都拓扑等價於三維的球面。粗淺的比喻即為:如果我們伸縮圍繞一個柳橙表面的橡皮筋,那麼我們可以既不扯斷它,也不讓它離開表面,使它慢慢移動收縮為一個點;另一方面,如果我們想象同樣的橡皮筋以適當的方向被伸縮在一個甜甜圈表面上,那麼不扯斷橡皮筋或者甜甜圈,是沒有辦法把它不離開表面而又收縮到一點的。我們說,柳橙表面是“單連通的”,而甜甜圈表面則不是。

該猜想是一個屬於代數拓撲學领域的具有基本意義的命題,對“龐加萊猜想”的證明及其帶來的後果將會加深數學家對流形性質的認識,甚至會對人們用數學語言描述宇宙空間產生影響,對於一維二維的情形,此猜想是對的,現在已經知道,它對於任何維數都是對的。

证明历史[编辑]

20世纪[编辑]

这个问题曾经被搁置了很长时间,直到1930年懷特海(J. H. C. Whitehead)首先宣布已经证明然而又收回,才再次引起了人们的兴趣。懷特海提出了一些有趣的三流形实例,其原型现在称为懷特海流形

1950和1960年代,又有许多著名的数学家包括R·H·賓(R. H. Bing)、沃夫岡·哈肯(Wolfgang Haken)、愛德華·摩斯(Edwin E. Moise)和Christos Papakyriakopoulos声称得到了证明,但最终都发现证明存在致命缺陷。1961年,美國數學家史提芬·斯梅爾採用十分巧妙的方法繞過三、四維的困難情況,證明了五維以上的龐加萊猜想。这段时间对于低维拓扑的发展非常重要。这个猜想逐渐以证明极难而知名,但是证明此猜想的工作增进了对三流形的理解。1981年美國數學家麥克·傅利曼(Michael Freedman)證明了四維猜想,至此廣義龐加萊猜想得到了證明。

1982年,理查德·哈密顿引入了“瑞奇流”的概念,并以此证明了几种特殊情况下的庞加莱猜想。在此后的几年中,他进一步地发展了此方法,后来被佩雷爾曼的证明所使用。

21世纪[编辑]

在2002年11月和2003年7月之間,俄羅斯的數學家格里戈里·佩雷尔曼arXiv.org發表了三篇論文預印本,並聲稱證明了幾何化猜想[3][4][5]

在佩雷尔曼之后,先后有3组研究者发表论文补全佩雷尔曼给出的证明中缺少的细节。这包括密西根大学布鲁斯·克莱纳约翰·洛特哥伦比亚大学约翰·摩根麻省理工学院田刚;以及理海大学曹怀东中山大学朱熹平

2006年8月,第25届国际数学家大会授予佩雷尔曼菲尔兹奖,但佩雷尔曼拒绝接受该奖[6]。数学界最终确认佩雷尔曼的证明解决了庞加莱猜想。

2010年3月18日,克雷数学研究所对外公布,俄羅斯數學家格里戈里·佩雷尔曼因为破解庞加莱猜想而荣膺千禧年大奖[7][8]

最終證明爭議[编辑]

2006年6月3日,曹懷東和朱熹平公开声稱佩雷爾曼對於龐加萊猜想證明中有漏洞,由他們補全,做出最終證明,於《亞洲數學期刊》發表論文。据报道[9]丘成桐曾表示曹怀东和朱熹平才是第一个給出了龐加萊猜想的完全證明[10]

2006年8月28日出版的《纽约客》杂志发表西尔维亚·娜莎和大卫·格鲁伯的长文《流形的命运——传奇问题以及谁是破解者之争》。该文介绍了佩雷尔曼等人的工作并描画了“一个令人厌恶的丘成桐的形象,暗示他为他的学生曹怀东和他支持的朱熹平的工作宣传了过多的功劳。”[11],因曹懷東與朱熹平的論文未經同行評審,丘成桐被質疑以期刊主編的身份,發表有利於他們研究團隊的論文成果。此文发表后,引发了很大争议。丘成桐表示可能采取法律行动,由律師發出信函,要求雜誌更正,包括汉密尔顿在内的多名数学家发表声明表示文章没有正确地反映他们对丘的评价。

一名加州理工学院的研究者指出曹、朱论文[10]中引理7.1.2与克莱纳和洛特2003年发表的成果[12]几乎完全相同。据此,洛特指责曹和朱两人有剽窃的行为。此后,曹怀东和朱熹平在原刊发表纠错声明,确认了此引理是克莱纳和洛特的成果,解释没有指明出处是由于编辑上的差错,并为此向两位原作者致歉。在12月發表的修正論文《龐加萊猜想與幾何化猜想的漢米爾頓-佩雷爾曼證明》(Hamilton-Perelman's Proof of the Poicare Conjecture and the Geometrization Conjecture)中,曹懷東與朱熹平不再宣稱是由他們做出最終證明,他們的工作只是對漢米爾頓-佩雷爾曼證明做出詳盡闡述。

注释[编辑]

  1. ^ Последнее "нет" доктора Перельмана, Interfax 1 July 2010
  2. ^ Malcolm Ritter. Russian mathematician rejects $1 million prize. AP on PhysOrg. 2010-07-01 [2011-05-15]. 
  3. ^ Perelman, Grigori. The entropy formula for the Ricci flow and its geometric applications. arXiv:math.DG/0211159 [math.DG]. 2002. 
  4. ^ Perelman, Grigori. Ricci flow with surgery on three-manifolds. arXiv:math.DG/0303109 [math.DG]. 2003. 
  5. ^ Perelman, Grigori. Finite extinction time for the solutions to the Ricci flow on certain three-manifolds. arXiv:math.DG/0307245 [math.DG]. 2003. 
  6. ^ 数学隐士荣获千禧年大奖 会否领取百万美元奖金成为悬疑
  7. ^ First Clay Mathematics Institute Millennium Prize Announced Today
  8. ^ Prize for Resolution of the Poincaré Conjecture Awarded to Dr. Grigoriy Perelman
  9. ^ 百年数学难题被破解 中国科学家“最后封顶”(新闻)
  10. ^ 10.0 10.1 Asian Journal of Mathematics (June 2006)
  11. ^ [1] 《科学》2006年终专题文章 - 丹娜·麦肯锡,翻译原载于新语丝网站
  12. ^ 原作在 http://www.math.lsa.umich.edu/research/ricciflow/perelman.html, 现移动到 http://www.math.lsa.umich.edu/~lott/ricciflow/perelman.html. 克莱纳和洛特的结果最终发表于arXiV.org arXiv:math.DG/0605667, 2006年5月25日。

相關資訊[编辑]

  • Bruce Kleiner, John Lott. Notes on Perelman's papers. Geometry and Topology. 2008年, 12 (5): 2587–2855. arXiv:math/0605667. doi:10.2140/gt.2008.12.2587. 
  • Huai-Dong Cao, Xi-Ping Zhu. Hamilton-Perelman's Proof of the Poincaré Conjecture and the Geometrization Conjecture. arXiv:math.DG/0612069 [math.DG]. December 3, 2006. 
  • John W. Morgan, Gang Tian. Ricci Flow and the Poincaré Conjecture. arXiv:math/0607607 [math.DG]. 2006. : Detailed proof, expanding Perelman's papers.
  • O'Shea, Donal. The Poincaré Conjecture: In Search of the Shape of the Universe. Walker & Company. December 26, 2007. ISBN 978-0-8027-1654-5. 
  • Perelman, Grisha. The entropy formula for the Ricci flow and its geometric applications. arXiv:math.DG/0211159 [math.DG]. November 11, 2002. 
  • Perelman, Grisha. Ricci flow with surgery on three-manifolds. arXiv:math.DG/0303109 [math.DG]. March 10, 2003. 
  • Perelman, Grisha. Finite extinction time for the solutions to the Ricci flow on certain three-manifolds. arXiv:math.DG/0307245 [math.DG]. July 17, 2003. 
  • Szpiro, George. Poincaré's Prize: The Hundred-Year Quest to Solve One of Math's Greatest Puzzles. Plume. July 29, 2008. ISBN 978-0-452-28964-2. 
  • John Stillwell. Poincaré and the early history of 3-manifolds. Bulletin of the American Mathematical Society. 2012年, 49 (4): 555–576. 

參見[编辑]

外部链接[编辑]