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第6章 第6章 讼•争讼 数学界的质疑与辩护

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2023年秋天,纽约。哥伦比亚大学数学系的报告厅比悦儿想象的要小。她站在讲台后面,面前的桌子上摆着一杯没喝过的水,麦克风还没打开,底下的座位已经坐满了。大约一百二十人,这是这个报告厅的极限容量。后面还站着二十几个人,靠在墙上,有人举着手机录像,有人在笔记本上已经写满了一整页。

悦儿的第二篇论文——《三维挂谷集合的阿苏阿德维数》——是在八月的一个深夜上传到arXiv的。那天扎尔在温哥华,她在波士顿,两人隔着一个小时的时差在Zoom上同时按下了"上传"按钮。十二分钟后,邮件提醒就开始涌入。最初的二十四小时内,论文被下载了七百多次。评论区里有祝贺的,有请教的,有认真读完之后提出技术疑问的。但到了第三天,一条来自欧洲某著名数学家的长评论出现了,全文约两千个单词,分五个部分,每一个部分都指向同一件事:归约方法中的某个步骤可能存在根本性的逻辑漏洞。

悦儿看到那条评论的时候是清晨六点。她端着咖啡坐在电脑前,花了四十分钟把那条评论读了三遍。那人的质疑非常具体——不是泛泛地说"你不严谨",而是直接指向了引理6.3的第四行。她倒回去看引理6.3,那个引理是整个归约框架的枢纽。如果它倒了,整篇论文就算废了一半。她放下咖啡,把引理6.3重新推导了一遍。推完之后她发现质疑者对那条引理的理解是错的。但错得很专业。错误的方式本身需要她用三页纸来解释为什么它是错的。

那天下午扎尔打来电话。他声音很平,但悦儿听得出他在克制某种情绪。"你看到那条评论了?"

"看到了。"

"你怎么想?"

"他是错的。"悦儿说,"但错得有道理。因为他读到引理6.3的时候默认了一个我们没有明确写出来的假设。那个假设对我们的证明来说是隐式成立的,但他没看见那个隐式条件。"

"那我们加一个注释?"

"不够。"悦儿说,"让他在会议上当面问我。我会解释。"

十天之后,纽约的这场会议召开了。邀请函来得很快——组织者显然知道那场争论正在发酵,专门给悦儿安排了一场关于阿苏阿德维数证明的专题报告,并预留了整整三个小时的讨论时间。不是常规的四十五分钟报告加十五分钟提问。三个小时。

悦儿打开麦克风的时候能听到自己的呼吸在音响里放大成一个低沉的气流声。她环顾报告厅,看到了几排熟悉的面孔。扎尔坐在第一排靠左的位置,他专门从温哥华飞了过来。Larry Guth在第三排,戴着他的标志性圆框眼镜。后排站着的那个人悦儿不认识,但他在她论文评论区里用两千个单词写了五段质疑,她看过他的头像。

"开始之前,"她说,声音从音箱里传出来,在报告厅里回荡了一瞬,"我先解释一个概念。"

她在黑板上写了两个词:豪斯多夫维数,阿苏阿德维数。左边划了一条竖线,右边划了另一条。

"豪斯多夫维数你们都知道。一个集合的精细结构——你用越来越小的球去覆盖它,然后看覆盖数随半径衰减的速度。阿苏阿德维数不一样。"她在右边的词下面画了一条横线。"阿苏阿德维数用的是一个固定比例——你把一个球放大两倍,看里面需要多少个半径更小的球才能覆盖原来的部分。它不关心无限小的尺度,它关心的是所有尺度上的'最大'局部密度。所以阿苏阿德维数永远大于或等于豪斯多夫维数。"

她放下粉笔转过身。"更粗糙,但更稳定。豪斯多夫维数容易被局部的异常点影响。阿苏阿德维数看的是最坏情况——在所有尺度上、所有位置上,那个集合扩张得最厉害的部分是什么维数。如果我能证明阿苏阿德维数等于三,那就意味着'最坏情况'已经是三了。豪斯多夫维数不可能比阿苏阿德维数更大,所以它也是三。"

她停了停,目光扫过报告厅。"这是我们的策略。先用一把更粗的尺子量出那个集合在所有尺度上的最大维数。然后——再用更细的尺子去确认。但粗尺子量出来是三,已经意味着细尺子不可能得到比三更小的结果。因为阿苏阿德维数是上界。豪斯多夫维数是下界。"

台下有人举起了手。是那个写了两千字评论的人。

悦儿看着他。那人大概五十岁上下,头发灰白,穿着一件深灰色的西装外套。他的手举得很稳,像举着一面旗。"你的引理6.3,"他说,"在定义那个'重叠指数'的时候用了直径倍数的线性增长。但阿苏阿德维数要求在所有尺度上成立。直径倍数的线性增长在某些尺度上可能会被破坏——比如当管道的方向接近平行时,它们之间的最小距离不随直径线性增长。你考虑了这种情况吗?"

悦儿走回黑板前面,在左边的那一列下面写了一行小字:"平行管道。"她在这三个字下面划了两道线。

"我考虑过。引理6.3的前四行在处理平行管道。"她拿起粉笔,开始从黑板的左上角往下推导。"设两根管道的夹角为θ。当θ趋近于零时,它们之间的最小距离与θ的关系是——"

她写出一个公式。粉笔在黑板上摩擦,发出一阵细碎的尖锐声响。台下有人在记笔记。她回头看了一眼自己写的公式,确认没有问题,然后转过身来继续讲。

"当θ充分小时,那两根管道实际上在同一个方向上。它们在几何上属于同一'束'。我的方法把同一束的管道打包处理——不分开估算它们的重叠,而是估算整个束的总体积。引理6.3的第四行里那个'线性增长'是针对束而言的,不是针对单根管道。"

灰白头发的数学家皱起了眉。"束的直径和单根管道的直径之间,存在一个转换函数。你写了那个函数吗?"

"写了。"悦儿在黑板的右侧写下另一行公式。"它在附录B里。第三页。"

她听到台下传来翻动纸张的声音。有人带着打印出来的论文,正在翻附录B。那个人翻到了第三页,看了一会儿,然后抬起头。"你的转换函数有一个常数因子。"

"有。"悦儿说,"那个常数因子小于等于2。因为两根管道之间的最小夹角在束的内部有上界。我用的是束内最大夹角的一半作为转换半径。"

"你证明那个上界存在了吗?"

"证明存在。"悦儿翻到黑板的下一块空白区域,继续写。"它在引理3.1的推论里。我们在一维情况下预先估计了管道的方向分布,然后用了调和分析中的Plancherel不等式控制束内夹角的上确界。"

她停下来,转头看着提问者。"你要我推一遍吗?"

那人没有说话。他的手指停在附录B的某一页上,指尖微微发白。沉默持续了大概五秒。然后他说:"推一遍。"

悦儿点了点头。她把整块黑板擦干净,从引理3.1开始写。粉笔在手上转了一圈——这是她多年来的习惯,紧张的时候粉笔会在指尖转半圈再落到正确的握持位置。她开始推导。第一行。第二行。第三行。每一行她都写得很快,但很清楚,数字和符号像一排排整齐的队列从黑板左侧向右侧移动。台下的人在看她写,也在看她怎么写。

时间过去了大约四十分钟。她从引理3.1推到了引理6.3的第四行,所有的中间步骤都没有跳。整个过程中没有人打断她。她写完最后一笔的时候,那行公式的末端连接到了引理6.3的原式上,像一个闭合的环。她把粉笔放回槽里,拍了拍手上的灰,转过身面对台下。

"这证明了那个转换函数中的常数因子确实被束内最大夹角的二分之一控制。而那个上界的存在性来自Plancherel不等式在方向空间上的应用。所以——"

她看着那位提问的数学家。"引理6.3没问题。你的质疑基于你没有读到附录B第三页的第三行。"

灰白头发的数学家沉默了几秒。然后他慢慢点了点头。"我确实漏了那行。"

报告厅里响起一阵低声的议论。不是喧哗,是一种被压低的、沙沙的声浪,像翻书页的声音被放大了一百倍。悦儿没有趁胜追击。她只是站在原地,等他继续说下去。

那人没有再举手。他合上了面前的打印纸,靠回椅背,双手交叉放在桌上。

但台上坐着的另一个人举起手了。更年轻一些,穿着连帽衫,看起来像博士后。他的问题不一样——不是"你错在哪里",而是"你证明了阿苏阿德维数等于三,但这跟原始的挂谷猜想有什么关系?阿苏阿德维数比豪斯多夫维数大,你证明了一个更大的东西。但挂谷猜想要求的是豪斯多夫维数等于三。你证明了上界等于三,下界呢?"

悦儿拿起粉笔。她的手已经在粉笔灰里浸了四十分钟,指尖发白。她在黑板上画了两条平行线,中间画了一个箭头。

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