在数学的浩瀚宇宙中,总有一些璀璨的星辰引领着人类智慧的探索。近日,一篇由华人数学家王虹与Joshua Zahl共同撰写的论文,在数学界掀起了轩然大波。他们成功证实了几何测度论中最引人注目的未解难题——Kakeya集合猜想在三维空间中的情况,这一突破性成就不仅让王虹的名字在数学史上留下了浓墨重彩的一笔,更让人们猜测她或将锁定下届菲尔兹奖这一数学界的至高荣耀。
Kakeya集合猜想,这个困扰了数学家们一个多世纪的超级难题,终于迎来了它的曙光。1917年,日本数学家挂谷宗一提出了著名的Kakeya针问题:在平面中,旋转一个单位线段(即“针”)180度所需的最小面积是多少?这一看似简单的问题,却隐藏着数学世界的无限奥秘。
经过数十年的探索,数学家们逐渐意识到,Kakeya问题与数论、几何组合学、算术组合学等多个看似无关的数学领域密切相关。它不仅挑战着人们对几何和测度的理解,更引领着数学研究的前沿方向。然而,尽管无数数学家为之倾注心血,Kakeya集合猜想在三维及更高维度下依然悬而未决。
直到2023年2月26日,王虹与Joshua Zahl的论文如同一颗重磅炸弹,在数学圈内炸开了锅。他们长达127页的证明,正式宣告了Kakeya集合猜想在三维空间中的尘埃落定。这一成果不仅解决了数学界的一个长期悬案,更为后续研究开辟了新的道路。
王虹,这位在数学界熠熠生辉的华人女性,她的故事同样充满了传奇色彩。1991年,她出生于山水甲天下的桂林,父母都是广西平乐县沙子中学的普通教师。家庭的书香氛围熏陶下,王虹从小就展现出了对数学的浓厚兴趣和天赋。
然而,命运似乎给她设置了一大考验。5岁入学后,她不仅两次跳级,还在4岁那年因意外导致右臂烫伤。但这场磨难并没有成为她心里的阴影,反而激发了她更加坚韧不拔的学习精神。在父母的鼓励和支持下,王虹以优异的成绩考入了北京大学,成为了人们口中的“学霸典范”。
在北京大学数学科学学院的学习生涯中,王虹得到了王立中教授等杰出导师的悉心指导。她在刘张炬教授的指导下完成了毕业论文《经典Hodge理论和度量空间上的Hodge理论》,为后续的数学研究奠定了坚实的基础。2011年和2014年,她先后获得了巴黎综合理工学院和纽约大学的硕士学位和博士学位,进一步拓宽了她的学术视野。
王虹与Joshua Zahl的这篇论文,不仅解决了数学界的一个重大难题,更以其硬核的证明过程令人叹为观止。在长达127页的论文中,他们详细阐述了Kakeya集合猜想在三维空间中的证明过程。
论文开头,研究者就概述了Kakeya集合猜想的断言:在R^n中,每个Kakeya集合的Minkowski维数和Hausdorff维数均为n。当n=2时,猜想已被解决;但在三维及更高维度下,该问题依然悬而未决。而在这项工作中,他们成功解决了三维空间中的Kakeya集合猜想。
为了实现这一目标,研究者们进行了大量复杂而精细的论证。他们引入了多个定理和引理,对粒子的交叠度进行了粗尺度估计,并提出了一个关键的结构定理。这个定理找到了一个凸集集合W,使得W满足Katz-Tao Convex Wolff公理,且寄予集合W中的每个W都满足几个关键性质。
在证明过程中,他们还巧妙地运用了陶哲轩等数学家的研究成果和方法,如尺度上的归纳法等。经过无数次的尝试和修正,他们终于得出了令人振奋的结论:在三维空间中,每个Kakeya集合的Minkowski维数和Hausdorff维数均为3。