頂級數學家佩雷爾曼:破解龐加萊猜想,拒領百萬獎金和菲爾茲獎

2020-12-04 科學新視界

如果告訴你解開一道數學題,就能獲得100萬美元,你會為之努力嗎?這當然是真的,2000年,美國克雷數學研究所對全世界發出公告,只要解決了他們給出的七個數學題當中的任意一個,就能拿走100萬美金。消息一出來,數學界都沸騰了,無數數學家躍躍欲試。只要成功證明,就能名利雙收!

有人要問了,100萬美金有那麼容易拿嗎?事實上,克雷數學研究所給出了七個難題,到現在為止只有一個龐加萊猜想被解決了,可見證明這些數學題有多難。

本以為破解龐加萊猜想的那位數學家,能夠風風光光地登上報告廳,吸引全世界的目光。沒想到這位頂級數學家直接不去克雷數學研究所,100萬美元的獎金都不想去領。他叫佩雷爾曼,來自俄羅斯,是當今數學界的領袖人物之一。

龐加萊猜想

我們先來說說龐加萊猜想,龐加萊猜想涉及的是拓撲學,不同於傳統意義上的數學,龐加萊猜想和空間的維度有著微妙的聯繫。任一單聯通的封閉三維流形,一定同胚於一個三維球面。龐加萊本人給出了三維球面的拓撲刻畫,但是低維空間的證明一直沒有解決,五維空間的龐加萊猜想卻被成功證明。

美國數學家斯梅爾因此獲得了1966年的菲爾茲獎,1983年,四維空間中的龐加萊猜想也被證明出來了,唯獨三維空間中的龐加萊猜想沒有被證明。

我們來看一個思想實驗,幫助大家理解龐加萊猜想。一個高速運行的探測器上栓了根足夠長的繩子,假設探測器繞著宇宙飛行了一圈後,回到了地球,那繩子就形成了一個繩圈。用手拉動繩子,如果宇宙的形狀近似於球形,那繩子就能收回地球。如果宇宙是個「甜甜圈」形狀的,那繩子就無法收回來。

問題來了,宇宙是什麼形狀的?它的中心有沒有洞?龐加萊猜想研究的問題讓人費解,它的意義在於幫助數學界重新定義了「形狀」,或者說是「流形」。

佩雷爾曼的故事

能證明出龐加萊猜想,佩雷爾曼的智商毋庸置疑。16歲時,便拿到了國際數學奧林匹克競賽的金獎。博士畢業後,他提出了著名的「靈魂猜想」。加州大學伯克利分校、麻省理工學院和普林斯頓大學,都向他發出了邀請,不過佩雷爾曼都拒絕了。

他有個外號,叫做「數學界的隱士」,他是數學家中的另類。別的數學家經常做報告,或者和其他數學家聚會,佩雷爾曼卻很少參加。他不關心外界發生了什麼,全身心地投入到數學研究中。他從1992年開始研究龐加萊猜想,直至2002年才發表了論文。

其實之前的數學家,都想著用拓撲學的辦法證明三維空間中的龐加萊猜想,畢竟它本身就是拓撲學領域的問題。佩雷爾曼另闢蹊徑,他選擇的是微分幾何的方法。他也說過,單純的依靠拓撲學是無法證明龐加萊猜想的,之前的數學家走入了誤區。

克雷數學研究所得到消息後,邀請佩雷爾曼前去作報告,給數學家們講解一下他的證明思路,佩雷爾曼沒答應。沒辦法,克雷數學研究所只能成立了3個研究小組,深入分析他的證明過程,順便完善了一下佩雷爾曼的證明過程,大約花了一年半的時間。

佩雷爾曼始終沒有去克雷數學研究所,請他去領100萬美元的獎金,他也拒絕了,理由是路費不夠。在2006年的國際數學家大會上,佩雷爾曼成為菲爾茲獎的獲得者,然而他還是拒絕領獎。

佩雷爾曼並不希望自己被大眾關注,或許對於他來說,解決數學難題和提升自己的數學能力才是他的追求。錢財和名利都是身外之物,他不需要。

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