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。
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。
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。
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
。
博士毕业后,