陶田園幾何之美:女?dāng)?shù)學(xué)家凱倫·烏倫貝克研究的泡泡問題的前世今生

其實我小時候也玩過,弄個鐵絲圈撈肥皂泡玩跪另,可我一直想了很久拧抖,想出很多問題,就是沒有數(shù)學(xué)問題免绿。

18世紀(jì)唧席,比利時物理學(xué)家普拉托也是這樣玩的,不過他玩出點(diǎn)小小的花樣嘲驾。沒想到讓數(shù)學(xué)學(xué)霸們玩了兩個多世紀(jì)淌哟。

他得出一個“肥皂膜永遠(yuǎn)是最小曲面”的結(jié)論。

接著他沒完沒了辽故,更進(jìn)一步的推測:對于任何給定的封閉曲線徒仓,永遠(yuǎn)都可產(chǎn)生一個以此為邊界的最小曲面。有時候這種曲面只有一個誊垢,因此是唯一的掉弛。但有時面積最小化的曲面不止一個,而且不知道總共有多少個這樣的最小曲面喂走。

史稱“普拉托問題”殃饿。

一直到1930年,才由杰西·道格拉斯和拉多各自獨(dú)立證明芋肠。道格拉斯還因此于1936年得到了第一屆的菲爾茨獎乎芳。

雖然如此,數(shù)學(xué)家們對最小曲面的研究卻從未停止。

幾十年后奈惑,《宇宙的詩篇》作者吭净、斯坦福大學(xué)的奧瑟曼循著道格拉斯和拉多的成果又證明出:普拉托這類實驗中的最小曲面,只可能出現(xiàn)一類特別簡單的奇點(diǎn)肴甸,形狀像是圓盤或平面相交時形成的直線寂殉。

在奧瑟曼做出證明后,這事情還沒完雷滋。

20世紀(jì)70年代不撑。

正在攻讀博士的年輕的丘成桐與密克斯也展開對最小曲面的研究。

此類稱為“嵌入圓盤”的最小曲面晤斩,這種曲面不管怎樣延伸焕檬,都不會彎折而和本身相交。

結(jié)果他們證明出:如果一封閉曲線落在凸形體的邊界上澳泵,則以此曲線為邊界的最小曲面必定是嵌入的实愚。

奧瑟曼在證明中所提到的那種折疊或交錯的奇點(diǎn),丘成桐和密克斯證明兔辅,對不起腊敲,一切都是最好的安排,在凸形體上光滑维苔。

可是碰辅,精彩還在繼續(xù),在證明中介时,他們使用了一個叫“鄧恩引理”的東西没宾。

德國數(shù)學(xué)家鄧恩在1910年曾斷言,在三維空間中沸柔,一個圓盤如果具有奇點(diǎn)循衰,也就是它以折疊或交錯的方式與自己相交,那么它可以被一個以相同圓周為邊界褐澎,但沒有奇點(diǎn)的圓盤來取代会钝。

這樣就給幾何和拓?fù)鋵W(xué)家們提供了一個很好的等價簡化的強(qiáng)大工具。

解決了鄧恩引理工三,還沒完迁酸。

接下來又聯(lián)系上了拓?fù)鋵W(xué)里一個著名問題:“史密斯猜想”。

史密斯是美國的拓?fù)鋵W(xué)家俭正,他更“變態(tài)”奸鬓。

早在20世紀(jì)30年代,他就開始思考“將普通三維空間繞著一根直線旋轉(zhuǎn)”的問題段审。

這倒沒什么,他竟提出。寺枉。抑淫。

“萬一旋轉(zhuǎn)軸打結(jié),便不可能找到這樣的旋轉(zhuǎn)”的猜想姥闪。

解決了這個猜想始苇。

丘成桐便開始向同類著名問題“卡拉比丘空間”發(fā)起了沖擊。

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