2019年十大數學突破:致敬那些永不停歇的追夢人

2020-12-01 澎湃新聞

原創: 羅數君 羅博深數學

(全文2089字,閱讀時間7分鐘)

2019無疑是令無數數學愛好者熱血沸騰的一年,從探討網紅數學題8÷2(2+2)到底應該等於幾,到黎曼猜想的證明取得裡程碑式的重大進展,數學家們似乎從來沒有停下過探索的腳步。Popular Mechanics最近評選出了2019年十大數學成就,來看看有哪些上榜啦!

1. 黎曼猜想

黎曼猜想一直被人們稱為「數學中最令人費解的問題之一」,對數學領域的其他分支也有著巨大的影響。1859年,德國數學家波恩哈德·黎曼首次提出這一假設,目的是為了揭開質數分布的神秘面紗。

2019年,Michael Griffin, Don Zagier, Ken Ono, Larry Rolen四位研究者在《美國國家科學院院刊》發表了一篇文章,宣布發現了一些新定理,並稱部分研究結果將對黎曼假設的證明起到直接推進作用。但四位數學家也表示,儘管他們取得了一定的進展,但離找到黎曼猜想的完整證明仍有一段距離,當然,也並不排除最終證實黎曼猜想是錯誤的可能性。

Don Zagier

2. 整數立方和表示42

「丟番圖方程」、又稱「不定方程」,是以公元3世紀偉大的數學家丟番圖之名命名的,而x^3+y^3+z^3=k是否存在三個整數解就是該分支領域中的一個重要問題。它表面看起來非常簡單,但實際上困擾了數學家們了整整64年。

2019年,Andrew Sutherland和Andrew Booker首次將42寫成三個整數的立方和形式(如下圖),該突破是藉助超級計算機的最新技術實現的。這一發現更標誌著人們完成了對100以內的全部自然數的立方和的整數解的探索。

Andrew Sutherland

3. 科拉茲猜想

另一個開放性數學問題也在2019年取得了巨大進展——科拉茲猜想。著名的高產數學家陶哲軒於9月10日在其博客上發表了關於科拉茲猜想部分結果的證明,在數學界引起了不小的轟動。但陶哲軒表示,儘管這一方法已經無限接近科拉茲猜想了,但要想完全證明這種猜想,數學家們可能仍有幾十年的路要走。

Terrence Tao,陶哲軒

4. 敏感度猜想

敏感度猜想一直是數學計算機科學領域中一個令人困惑不解的重要問題。2019年,來自埃默裡大學的華人學者Hao Huang用短短6頁的論文完成了對該猜想的證明,引發了計算機和數學領域的廣泛關注。

Hao Huang教授為解決這一世界級難題問題花費了長達7年的時間,最終只用了兩頁的核心證明內容打開了人們近30年的困惑。

Hao Huang

5. 數學建模治療癌症

2019年,Beth Israel Deaconess醫學中心(BIDMC)婦產科住院醫師、醫學博士Yamicia D. Connor及其合作者通過數學建模得到了關於乳腺癌如何轉移的新見解。創新的數學建模有助於指導生物學家們觀察細胞生長實驗。

BIDMC婦產科副主席Toni Golen醫學博士(未參與該研究)說:「這些發現可以幫助醫生們利用3D模型系統來觀察腫瘤的轉移傾向。」 「未來的進一步研究將有望通過量化轉移細胞與其他類型細胞之間的物理相互作用,來幫助人們了解轉移性疾病機制,從而將其應用在實際治療上。」

Yamicia D. Connor

6. 「剪紙術」數學化

2019年,Kirigami(原意為「剪紙」)和origami(原意為「摺紙」)技術都被應用在了工業領域。哈佛大學的Gary P. T. Choi等研究人員開發了一種數學框架,掌握了剪紙中的數學原理,實現了通過剪切和重組的方式來任意改變物體形狀,引領材料科學和製造行業走到了最新前沿。

Gary P. T. Choi

7. 向日葵猜想

沉寂了60年的向日葵猜想終於在2019年迎來了新的進展,該猜想是數學領域最著名一大傳奇人物保羅·埃爾德斯(Paul Erdős)在1960年提出的,是一個關於物體集合的數學問題。

Sharchar Lovett等四位研究者新發現的信息是在人類原有的知識基礎上的一個重大飛躍,雖然仍不能完美回答埃爾德斯的初始問題,但至少讓人們看到了完整解決方案的曙光。

Sharchar Lovett

8. 拉姆齊定理

從大量無序的數字中尋找可預測規律即大名鼎鼎的拉姆齊定理。1969年,英國數學家Adrian R.D. Mathias開始探究拉姆齊定理的無窮大問題。這一集合論領域的理論難題被擱置了半個世紀之久,終於在2019年有了答案:哥本哈根大學的數學教授Asger Dag Trnquist在論文中指出,通過彩票號碼數字的聚集方式是無法確定中獎者的,因而完整證明了不存在這樣一張永遠能中獎的特殊彩票。

Asger Dag Trnquist

9. 一元二次方程新解法

卡內基梅隆大學的羅博深教授今年在全球掀起了一股「一元二次方程」熱潮。他提出的方法可以更直觀地將二次方程的解題邏輯表現出來,不僅改變了學生們對二次方程的固有認知,更顛覆了傳統的猜數式的二次方程教學法。

羅教授指出,這個數學課題實際上已有數百年的歷史了,但他驚訝的是這樣的簡單解法直到現在仍鮮為人知。

Po-Shen Loh,羅博深

10. 史上第一位女性阿貝爾獎得主誕生

Karen Uhlenbeck憑藉數十年來的巨大貢獻榮獲數學界的最高榮譽之一——阿貝爾獎。她在定規理論和幾何分析領域的研究成果卓著,阿貝爾獎評委會委員愛麗絲曾這樣評價她:「她所做的研究是很多人都想不到的,她的研究奠定了一個數學分支的基礎。」

Karen Uhlenbeck

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感謝一代代數學人的努力,

為人們發現了另一種模樣的「詩和遠方」。

這些難忘的時刻終將與我們告別,成為歷史。

數學,

這位我們從小到大的老朋友,

它下一年又將給我們帶來怎樣的驚喜?

來,我們一起去2020瞧瞧。

相關資料:

https://www.popularmechanics.com/science/math/g30346822/biggest-math-breakthroughs-2019/

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原標題:《2019年十大數學突破——致敬那些永不停歇的追夢人》

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