亨利?龐加萊,法國數學家、天體力學家、數學物理學家、科學哲學家,他的研究涉及數論、代數學、幾何學、拓撲學、天體力學、數學物理、多複變函數論、科學哲學等許多領域。
他被公認是十九世紀後四分之一和二十世紀初的領袖數學家,是對於數學和它的應用具有全面知識的最後一個人,也被人稱爲“最後一位數學全才”。
在他留下的巨大科學遺產中,有一個屬於代數拓撲學中帶有基本意義的命題,這就是困擾了數學家們將近一個世紀的“龐加萊猜想”。
1904年,龐加萊在一篇論文中提出了一個看似很簡單的拓撲學猜想,“單連通的三維閉流形同胚於三維球面。”也即,在一個閉三維空間,假如每一條封閉的曲線都能收縮成一點,這個空間一定是一個三維的圓球。但在1905年,他發現其中的錯誤,修改爲,“任何與n維球面同倫的n維閉流形必定同胚於n維球面”。
有人作了這樣一個比喻:一個無孔的橡膠膜相當於拓撲學中的二維閉曲面,而一個吹漲的氣球則可以視爲二維球面,二者之間的點存在着一一對應的關係,同時橡膠膜上相鄰的點仍是吹漲氣球上相鄰的點,反之亦然。
這就是龐加萊猜想。
後來,這個猜想被推廣至三維以上的空間,也被稱爲“高維龐加萊猜想”。
近百年來,無數數學家關注並致力於證明龐加萊猜想。
二十世紀三十年代以前,龐加萊猜想的研究只有零星幾項。
英國數學家懷特海對這個問題產生了濃厚興趣,他一度聲稱自己完成了證明,但不久就撤回了論文,但在這個過程中,他發現了三維流形的一些有趣特例,這些特例也被稱爲懷特海流形。
三十年代到六十年代之間,又有一些著名的數學家宣稱解決了龐加萊猜想,著名的賓、哈肯、莫伊澤和帕帕奇拉克普羅斯均在其中。
帕帕是1964年的維布倫獎得主,他以證明了著名的“迪恩引理”而聞名於世,然而,這位聰明的希臘拓撲學家,卻也最終倒在了龐加萊猜想的證明上。
在貝勒屯就流傳着這樣一個傳說,直到去世前,帕帕仍在試圖證明龐加萊猜想,臨終前,他將一疊厚厚的手稿交給了一位數學家朋友。
然而,這位數學家朋友只翻了幾頁就發現了錯誤,但爲了讓帕帕安靜地離去,最後選擇了隱忍不言。
這一時期,拓撲學家對龐加萊猜想的研究雖沒能產生他們期待的結果,但卻因此發展出了低維拓撲學這門學科。
斯梅爾在六十年代初想到了一個天才的主意:如果三維的龐加萊猜想難以解決,高維的會不會容易些呢?
隨後,在基輔的非線性振動會議上,斯梅爾公佈了自己對龐加萊猜想的五維空間和五維以上的證明,他也因此獲得1966年菲爾茨獎。
1983年,美國數學家弗裡德曼將證明又向前推動了一步,他證出了四維空間中的龐加萊猜想,並因此獲得1986年的菲爾茨獎。
雖然這一猜想的高維推論已得到解決,但三維像只攔路虎一樣趴在最後一關口,向世界上最優秀的拓撲學家發出挑戰。
拓撲學的方法研究三維龐加萊猜想沒有進展,有人開始想到了其他的工具,瑟斯頓就是其中之一。他引入了幾何結構的方法對三維流形進行切割,並也因此獲得了1986年的菲爾茨獎。
之後,美國數學家理查德?漢密爾頓提出瞭解決龐加萊猜想的綱領,爲破解猜想奠定了基礎,使得對此猜想的證明取得了重要進展。
漢密爾頓研究的方向也被稱之爲Ricci流,這是由意大利數學家裡奇命名的一個方程。用它可以完成一系列的拓撲手術,構造幾何結構,把不規則的流形變成規則的流形。
早在二十年前,1976年的菲爾茲獎獲得者,華裔數學家邱程桐就知道了漢密爾頓的研究方向,也因此,他讓自己的幾個學生跟着後者研究起Ricci流來。
在使用Ricci流進行空間變換時,到後來總會出現無法控制走向的點。這些點,叫做奇點。如何掌握它們的動向,是證明三維龐加萊猜想的關鍵。
在邱程桐和李偉光在非線性微分方程上的工作後,漢密爾頓在1993年發表了一篇關於理解奇點的重要論文。
這一刻,邱程桐已經隱隱感覺到,解決龐加萊猜想的那一刻就要到來了。
七年時間轉瞬即逝,但邱程桐和他的學生們對龐加萊猜想的證明,卻沒有絲毫進展。
若非佩雷德曼將他的證明方法公佈到網上,也不知邱程桐等人是否能摘得這個桂冠?
不過,在這一世,這個榮譽顯然已經與佩雷德曼無緣了,同樣也和丘成桐等人無關。
和佩雷德曼相同,田立心證明龐加萊猜想的方法正如邱程桐所想,正是他認準了的Ricci流。
田立心整理並完成這篇名爲《龐加萊猜想暨幾何化猜想的完全證明:漢密爾頓Ricci流的應用》的論文時,已經是進入了六月。
畢竟,這篇論文並不像重生前的佩雷德曼的三篇共計三十頁的論文這麼短,而是將這篇論文足足寫出了將近三百頁。
將論文打印出來後,田立心便匆匆地趕去了微所的教授辦公室,在此之前,他已經給羅教授打過了電話。
敲門進屋之後,田立心便看到了正在辦公桌前忙碌的羅教授,於是笑着招呼,“羅教授,正忙着呢。”
羅教授點點頭,擺手讓他自己坐下,又笑着道,“我正想找你呢,你就給我打電話了。”
田立心將書包放好,給自己倒了杯水,便笑着問道,“你找我?不會是有什麼好事吧?”
羅教授點點頭,招手讓田立心上前,“你還別說,我真是給你帶來好消息的!今年的國家自然科學獎昨天已經正式公佈了,你得了二等獎!”
“國家自然科學獎?二等獎?”田立心一愣,很快就知道自己是爲什麼得獎的了,但一時間也無法淡定下來。
這可是國家自然科學獎啊!