让我们一步步拆解:
1:先想象一个橡皮泥球:
你有一个实心的橡皮泥球(比如一个弹珠)。它的表面是一个光滑、完整的球面。
这是最简单的“球”。
2:现在,想象更怪的形状:
假设这个橡皮泥球不是实心的,而是一个空心的、可以无限延展的弹性薄膜。
你可以吹它、拉它、扭它,但不能撕破它,也不能把不同部分粘在一起。
你可以把它吹成一个鸡蛋形。
你可以把它拉成一个长条面包形。
所有这些形状,本质上和最初的球面是“一样”的,拓扑学家称之为“同胚”。就像一个橡皮泥球面,你怎么捏,只要不破不粘,它都能变回原来的球。
3:关键问题来了:
现在我给你一个封闭的(没有边界)、有限的(不是无限大的)三维空间或表面。
注意:这里指的是三维的“超表面”,存在于四维空间。
但我们可以类比理解。
我告诉你这个空间里的任何一条橡皮筋(一个圈)都可以在不离开这个空间的前提下,慢慢缩成一个点。
在球面上,这是对的。
你在篮球上套一个橡皮筋,总能把它慢慢滑到一处,缩成一个点。
在救生圈(甜甜圈)表面,这就错了。
如果你把橡皮筋套在救生圈的“洞”上,你无论怎么滑动,它都无法脱离那个洞缩成一个点,除非你剪断它或救生圈本身。
4:庞加莱的洞察(猜想):
庞加莱观察到,在二维世界里,如果一个封闭的曲面满足“任何圈都能缩成点”这个条件,那它必定是一个球面。
救生圈有洞,所以不满足。
于是他在1904年提出猜想:在三维世界里,如果一个封闭的三维空间(单连通),其中每一条封闭曲线(圈)都能连续地缩成一个点,那么这个空间在拓扑结构上就必定是一个三维球面。
你可以想象成:如果我给你一个像宇宙一样的、有限且没有边界的泡泡,并且我告诉你,在这个泡泡里,任何用绳子系的圈都能被你毫无阻碍地收回来。
那么,我这个泡泡一定就是一个“四维空间中的三维球面”。
即使它看起来可能奇形怪状。
研究它,对拓扑学、宇宙学、网络科学、几何分析等都有非常深刻的意义,它能帮我们理解宇宙的本质,以及开创新的数学工具。
现实世界,庞加莱猜想早已经被佩雷尔曼证明,只是杨学斌并没有看过论文,因为这种数学论文不是他以前能够看懂的。
不过这段时间偶尔研究,他也有了初步的思路,那就是把空间想象成冰块,可以沿着其内在的曲率融化和平滑化。从而解决过程中出现的奇点问题。
对杨学斌而言,有了思路,接下来证明就是水到渠成的事情了。
他使用了里奇流工具,就像是建造了一座大桥,开创性地将几何、拓扑和微分方程这三个完全不同的数学分支连接在了一起。
让人们从此以后,可以以前所未有的方式剖析和理解复杂的空间形状。
……
十天后。
也就是2045年2月12日。
农历腊月二十六。
杨学斌终于完成了《关于庞加莱猜想的证明》,同时联合政府关于月球哨星计划的讨论,也到了最后的投票阶段。