126维空间的Kervaire不变量问题获解,这一困扰数学界65年的难题终于被攻克。由复旦大学的林伟南、王国祯以及UCLA的徐宙利组成的团队,成功解决了该问题,完整论文已上传至arXiv。三位均出身北大数院,此成果还曾作为北大建校126周年贺礼进行报告。
他们解决的Kervaire不变量问题是高维拓扑学的核心难题,也被称作“末日假说”。若该假说被证伪,基于它建立的诸多猜想都将被推翻。Kervaire不变量 用于判定流形能否转化为球体,能转化时不变量为0,不能转化则为1。
早在上世纪60年代,数学家就证明Kervaire不变量为1的流形存在于2、6、14、30维,呈现出2n-2的规律。此后,数学家推测这种流形还存在于62、126、254等维度,但证明在62维后停滞多年。直至2009年,有人证明254维及以上不存在此类流形,126维成为最后未解之谜。
数学家一直好奇哪些维度存在无法转化为球体的奇怪形状,这有助于理解不同维度空间的性质。此前,已发现这些扭曲形状存在于2、6、14、30和62维,排除了除126维外的其他情况。
回顾相关研究,20世纪50年代,数学家John Milnor引入了“surgery”(手术)方法,对复杂形状进行“整形”。利用该方法,数学家发现二维平面无奇异球体,高维中部分流形可变成普通或奇异球体,还有部分无法变成球体。奇异球体与普通球体拓扑性质相同,但微分结构不同。
为判断流形能否通过拓扑surgery变成球体,1960年法国数学家MichelKervaire提出Kervaire不变量。数学家证明了2、6、14和30维存在Kervaire不变量为1的扭曲流形,且符合每个数比2的幂小2的规律。1969年,WilliamBrowder证明这是唯一可能存在Kervaire不变量为1的地方,基于此假设提出大量猜想,因未完全证明,该假设被称为“末日假说”。
后来,1984年证明62维存在扭曲流形,2009年证明254维及以上不存在。排除后,只剩126维未解决。WilliamBrowder发现亚当斯谱序列第126列的特定点是解决关键,该点在“无限”页存活情况决定126维流形类型。
对于该特殊点有105种假设方式可能使其在到达“无限”页前消失。林伟南等人合作,林伟南开发的计算机程序先排除101种,又花1年排除最后4种。最终证明第126维具有Kervaire不变量为1的流形。
研究团队中,王国祯和徐宙利在北大数院本科和硕士期间是同学、舍友。毕业后,王国祯到MIT读博,后到复旦大学任职;徐宙利去芝加哥大学读博,现为UCLA数学系教授,两人已在数学四大刊发表3篇论文。林伟南稍年轻,也在北大数院读本科,后到芝加哥大学读博。徐宙利曾被导师提议研究126维Kervaire不变量问题,虽遭专家否决,但团队未停止研究。解决问题后,他们将论文献给代数拓扑学大师MarkMahowald。