卡勒—愛因斯坦度量

中國科學技術大學數學科學學院“千人計畫”陳秀雄教授和英國數學家、菲爾茲獎得主唐納森(Donaldson),及科大年輕校友、陳秀雄教授前學生孫崧博士合作,成功解決了第一陳類為正時的“丘成桐猜想”。他們的三篇系列論文發表在國際頂級數學期刊《美國數學會雜誌》(Journal of the American Mathematical Society)上。

為了解釋萬有引力的本質,愛因斯坦於1916年創立廣義相對論,並試圖用一個二階非線性偏微分方程組來度量引力場,也就是有名的“卡勒—愛因斯坦度量”(Kahler—Einstein度量)。後來的物理學家進一步發展出“弦”理論,在弦論里,我們的宇宙是十維的時空,即通常的四維時空,和一個很小的六維空間,而這些複雜的高維空間必須是“卡勒—愛因斯坦度量”。一直以來它們只在理論物理學家的推演和數學家的計算中。
在探索高維空間的過程中,1954年,義大利著名幾何學家卡拉比(Calabi)在國際數學家大會上提出了一個偉大猜想:複雜的高維空間是由多個簡單的多維空間“粘”在一起,因為簡單的多維空間目前有成熟的數學工具能夠進行解析,如果高維空間能夠拆解,也就意味著高維空間可通過一些簡單的幾何模型拼裝得到。這就是著名的“卡拉比猜想”——關於復幾何領域高維空間的單值化的猜想,同時這也是求證高維空間上“卡勒-愛因斯坦度量”存在的猜想。
“卡拉比猜想”按照第一陳類(註:國際數學大師陳省身先生1945年發現複流上有反映復結構特徵的不變數,後被命名為“陳省身示性類”,簡稱“陳類”,對整個數學界乃至理論物理的發展產生廣泛而深刻的影響)為負、零、正分為三種情況。直到二十多年後,陳省身的弟子丘成桐才攻克了陳類為負和零的“卡拉比猜想”(其中陳類為負的情形由丘成桐和法國數學家奧賓各自獨立解決),他也因此在1982年獲得數學領域的諾貝爾獎——“菲爾茲”獎。
據專家介紹,數學家們的長期工作顯示,關於卡比拉猜想中第一陳類為正的高維空間只有在滿足特定條件下,“卡勒-愛因斯坦度量”才有可能存在。這個問題因此難度倍增,困擾學界幾十年。丘成桐提出猜想,認為可將第一陳類為正的高維空間上的卡勒-愛因斯坦度量的存在性問題轉化為代數幾何的穩定性問題。這被認為是“復幾何領域自卡拉比猜想解決後最重要的問題”。
在陳—唐納森—孫的系列論文中,他們給出了卡勒-愛因斯坦度量的存在性之丘成桐猜想的完整證明。根據唐納森教授2008年提出的研究綱領,結合微分幾何、代數幾何、多複變函數、度量幾何等多個數學分支的方法,經過多種方法創新,他們終於最終解決了第一陳類為正時的“丘成桐猜想”。
美國數學會雜誌》審稿人評價說:“陳—唐納森—孫的證明是突破性的《,它不僅解決了一個基本性的問題,還發展了許多新穎有力的工具,以揭示卡勒幾何、代數幾何和偏微分方程之間的深刻聯繫。”國際數學大師德馬依稱:“無庸贅述,這一進展已在全世界範圍內引起了強烈的反響。”這項重大國際研究成果的取得有賴於對近20年來各個領域眾多數學家取得的基礎性成果的關鍵運用,也標誌著卡勒幾何的研究達到一個全新的高度。這一突破也有望在代數幾何以及“弦”論等理論物理上獲得更多的重要套用。
中科大數學院教授陳秀雄和英國數學家、菲爾茲獎得主唐納森,以及英國帝國理工大學博士後孫崧合作,在國際幾何分析領域取得重大突破,成功解決了第一陳類為正時的“丘成桐猜想”,最終給出了卡勒-愛因斯坦度量的存在性之丘成桐猜想的完整證明。
有趣的是,陳秀雄是卡拉比教授的最後一位博士研究生,而本次成果另一位作者孫崧則畢業於中科大少年班,是陳秀雄的學生。三代師生超過半個世紀的接力合作,最終讓“猜想”得以證實。

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