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菲尔兹奖热门候选人,带你跟随她的脚步了解挂谷猜想

中科院物理所  · 公众号  · 物理  · 2025-03-13 13:42

正文

16岁考上北京大学地球与空间物理系,18年后一纸三维挂谷猜想解决了困扰国际数学界的一个多世纪的难题!

这位年仅 34岁的纽约大学柯朗研究所副教授王虹,与不列颠哥伦比亚大学的约书亚·扎尔 联名在arxiv上提交了一篇 长达127页关于三维挂谷 猜想 的论文!

这可不是普通的学术成果,这可是 数学界的《三体》 。就连 菲尔兹奖、著名数学家陶哲轩 都连夜在博文上盛赞这项工作的含金量简直不要太大。

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要是论文通过验证,王虹不仅可能成为 首位中国籍菲尔兹奖得主 ,还将解锁继玛丽安·米尔扎哈尼(Maryam Mirzakhani)和玛丽娜·维亚佐夫斯卡(Maryna Viazovska)之后, "全球第三位女性得主" 成就!

菲尔兹奖预测,图源网络

数学界的世纪难题——挂谷理论:

从二维到三维到底难在哪儿?


要理解这场数学革命的含金量,得先穿越回1917年的东京。日本著名数学家挂谷宗一受到了 如厕时被偷袭的日本武士 的灵感,提出了这个著名的问题:


要是武士刀是理想的不占空间的长针,那么在某些图形中, 长度为1个单位的线段(一根针)可以转过180°,在这个过程中该线段 总是保持在该图形之内,在所有这样图形里,哪种图形具有最小面积? 需要注意的是,沿着线段方向前后移动,此时线段并未扫过任何面积。


挂谷宗一罕见个人肖像,图源东京大学研究生院数学科学研究科

挂谷为了方便,只把问题限制在了二维平面上,简单来说就是 日本武士要拿长刀自卫,他需要在任何空间都能自由地挥舞武士刀,无论空间大小如何——即使是在茅房里。

这个看似清奇的脑洞,却让整个数学界集体掉发百年。

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三尖瓣线,图源kakeya set-Wikipedia

1928年,苏联数学家 贝西科维奇 构造了一个集,如今被称为“贝西科维奇集”或“挂谷集”,这些集合具有一种奇特的性质:它们包含了所有方向的单位线段,但面积却可以无限趋近于零。

而他的证明也让众人大跌眼镜: 不存在一个面积最小的图形,因为针扫过的面积可以任意地接近于0! 这个结果彻底颠覆了人们对几何直观的认知。


贝西科维奇思考的黎曼积分的问题,图源网络

而这个简单的几何空间到了三维空间后,事情突然变得像在火锅里找针——在 n 维欧几里得空间中,包含所有方向单位线段的集合(挂谷集),其闵可夫斯基维数和豪斯多夫维数是否都等于 n ?

这个看上去很复杂但也确实很复杂的问题于是就阻拦了包括 沃尔夫(Thomas Wolff)、布尔甘(Jean Bourgain)、卡茨(Nets Katz)、陶哲轩等 在内的一代又一代顶尖数学家。

图片 王虹,图源网络

王虹团队的突破就像给三维空间装了CT扫描仪。 他们的证明策略是一种精妙的"尺度归纳法",相当于把细针(δ宽)编成粗麻绳,再像庖丁解牛般拆解 结构。 在长达127页的证明中,对颗粒和棱柱的维度、排列方式进行了细致入微的分类讨论。

这个过程厉害的程度呢,相当于 用苏州刺绣的手法组装歼-20发动机 ,既有佩龙树的古典美,又融合了沃尔夫公理的现代感。

佩龙数的构造过程,图源kakeya set-Wikipedia

总之, 王虹的突破不仅是个 人荣耀,更是中国数学崛起的信号弹 。从丘成桐1982年首获菲尔兹奖,到如今90后学术天团集体爆发,中国数学家正在把高斯、黎曼的客厅变成东西方对话的茶室。

而这位用绣花针捅到菲尔兹奖的姑娘,也正在改写STEM领域的性别剧本。当有人还在讨论"女生适不适合学数学",王虹直接用三维挂谷猜想在学术墙上喷绘出巨型涂鸦:看好了,姐示范一次。

从桂林江畔到国际舞台

盐趣同携柯朗所教授助力科研之路


1991年生于桂林的王虹,完美诠释了什么叫"开挂人生"。

普通职工家庭,但考入 北京地球与空间科学学院学习 。留学轨迹更是凡尔赛现场: 巴黎综合理工学习工程学 时,同时在 巴黎第十一大学攻读数学硕士 ,接着到 麻省理工攻读数学博士学位

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博士毕业后,







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