2007年5月22日星期二

庞加莱猜想


庞加莱猜想是法国数学家庞加莱提出的一个猜想,是克莱数学研究所悬赏的数学方面七大千禧年难题之一。2006年被确认由俄罗斯数学家格里戈里·佩雷尔曼最终证明。他也因此在同年被授予菲尔兹奖。
目录
1 基本描述
2 证明历史
2.1 20世纪
2.2 21世纪
3 《纽约客》专文及相关争议
4 注释
5 参见
6 外部链接



基本描述

在1904年发表的一组论文中,庞加莱提出以下猜想:

任一单连通的、封闭的三维流形与三维球面同胚。

上述简单来说就是:每一个没有破洞的封闭三维物体,都拓扑等价于三维的球面。粗浅的比喻即为:如果我们伸缩围绕一个苹果表面的橡皮带,那么我们可以既不扯断它,也不让它离开表面,使它慢慢移动收缩为一个点;另一方面,如果我们想象同样的橡皮带以适当的方向被伸缩在一个轮胎面上,那么不扯断橡皮带或者轮胎面,是没有办法把它收缩到一点的。我们说,苹果表面是“单连通的”,而轮胎面不是。

该猜想是一个属于代数拓扑学领域的具有基本意义的命题,对“庞加莱猜想”的证明及其带来的后果将会加深数学家对流形性质的认识,甚至会对人们用数学语言描述宇宙空间产生影响。


证明历史


20世纪

这个问题曾经被搁置了很长时间,直到1930年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。Whitehead提出了一些有趣的三流形实例,其原型现在称为Whitehead流形。

1950和1960年代,又有许多著名的数学家包括Bing, Haken, Moise和Papakyriakopoulos声称得到了证明,但最终都发现证明存在致命缺陷。1961年,美国数学家史提芬·斯梅尔采用十分巧妙的方法绕过三、四维的困难情况,证明了五维以上的庞加莱猜想。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年美国数学家M.Freedman证明了四维猜想,至此广义庞加莱猜想得到了证明。

1982年,理查德·汉密尔顿引入了“里奇流”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,后来被佩雷尔曼的证明所使用。


21世纪

Clay Institute2005年终报告,封面有 Ricci 流方程 及几何化示意图

在2002年11月和2003年7月之间,俄罗斯的数学家格里戈里·佩雷尔曼在arXiv.org发表了三篇论文预印本,并声称证明了几何化猜想。

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。这包括密西根大学的布鲁斯·克莱纳和约翰·洛特;哥伦比亚大学的约翰·摩根和麻省理工学院的田刚;以及理海大学的曹怀东和中山大学的朱熹平。据报道[1],2006年6月3日,丘成桐曾表示曹怀东和朱熹平第一个给出了庞加莱猜想的完全证明[2]。

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


《纽约客》专文及相关争议

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。”[3]。此文发表后,引发了很大争议。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,丘成桐也表示可能采取法律行动。

一名加州理工学院的研究者指出曹、朱论文[2]中引理7.1.2与克莱纳和洛特2003年发表的成果[4]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。

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