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本土菲尔兹首破百年难题!三维挂谷猜想终归3,杆子腾挪藏玄机

菲尔兹奖首次迎来中国本土培养的数学家,王红和邓玉。此前华人获奖者不少,比如丘成桐、陶哲轩,但本土培养的还是头一次。两位数

菲尔兹奖首次迎来中国本土培养的数学家,王红和邓玉。

此前华人获奖者不少,比如丘成桐、陶哲轩,但本土培养的还是头一次。

两位数学家都是北京大学本科毕业,其中王红解决的三维挂谷猜想是这次的焦点。

核心问题:一根杆子与“几乎为零”的面积

挂谷猜想的核心问题是:拿着一根无体积的1米长杆子,在一间屋子里头尾对调,屋子的最小面积或体积是多少?

1928年,苏联数学家贝西科维奇给出二维情况下的答案:面积几乎可以小到零。诀窍是把杆子推远、微调角度再推回,扫过的痕迹像无数细刺,拼接成多刺的星星,面积几乎为零却能扎向所有方向。

这涉及分形几何,普通线段是1维,正方形2维,立方体3维,但分形的维数可以是小数。比如柯赫雪花曲线,放大3倍后能装下4个原图形,维数约1.26,介于1和2之间,比线更“扑腾”却填不满平面。

五十年卡关:从2.7到最终归3

二维挂谷猜想在1971年已被证明,但三维问题卡了50多年。全球顶尖数学家轮番上阵,包括陶哲轩,答案从2.5逐步推到2.7,始终到不了3。

2025年,王红和合作者彻底证明三维挂谷猜想的维数是3,一分不少。这意味着即使把杆子所在的空间压缩到几乎无体积,复杂度也无法降低,必须扎向所有方向。这个证明的基础意义重大。

从信号到日常:数学的“无用”大用

把杆子换成朝某方向传播的信号波,问题变成能否把各方向波能量挤进极小空间。

延伸到应用,核磁共振可以少采集数据成像,减少患者躺卧时间;计算机断层扫描少转几圈,降低辐射;第五代移动通信技术和无线网络能从混杂电磁波中提取信号;射电望远镜用零星天线拼出黑洞照片,挂谷猜想是这些技术的基石。

从理论到应用需要20到30年时间,而挂谷猜想的离散简化版在2008年已被证明,现在用于密码学随机数生成和纠错码,比如二维码和网络传输。

数学研究的价值往往不在答案本身,而在为解决它发明的新工具。比如陶哲轩证明素数存在任意长等差数列,用的就是挂谷猜想相关技术;爱因斯坦的广义相对论,没人想到会成为全球定位系统导航的核心,否则每天定位偏差十几公里。

历史上很多创新来自看似无用的基础研究,比如味精公司转型芯片供应链,就是长期技术积累带来意外价值。长远的创新,往往藏在这些“无用”的探索里。