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在这里,听见中国走向世界的号角求抱抱

这两天,中国籍数学家拿下数学界最高荣誉菲尔兹奖的消息引发关注。不少人好奇,这群专注数学研究的学者到底在研究什么?他们的成果真的能改变生活吗?今天就给大家讲清楚。

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提到数学界的百年难题,挂谷猜想绝对算一个。这个谜题的起源,来自日本数学家挂谷宗一提出的一个场景:一名武士在狭小的茅房内遭遇刺杀,仇人从各个方向射箭,他仅凭一根棍子挡箭,怎样甩动棍子才能让需要的防守面积最小?

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一开始大家以为,拿棍子一端甩,覆盖面积是半径一米的圆,面积约 3.14 平方米;握在中点甩的话,面积能缩小到约 0.785 平方米。

挂谷宗一提出的方案面积是约 0.392 平方米,他认为这已经是最小面积。后来数学家贝西科维奇发现了更逆天的甩法,能让面积无限趋近于 0,也就是说哪怕茅房再小,理论上都能挡住所有箭。

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之后这个问题被推广到三维空间:四面八方的箭来自立体空间,武士挥棍得覆盖所有三维角度,最小体积该是多少?

挂谷宗一推测三维空间中无法做到极小体积,这个猜想困扰了人类 100 多年。直到这次获奖的王虹,成功证明了三维挂谷猜想,解决了这个百年难题。

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很多人觉得这只是数学游戏,但这套理论的应用场景非常广。如果把箭换成电磁信号,就能降低通信信号的辐射功率,减少功耗还能保证信号不失真。

在 CT 检测中,电磁辐射就像射来的箭,这套理论能帮助减少辐射剂量,同时保证成像清晰度。这套理论能降低通信功耗,还能减少 CT 辐射。

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另一位获奖的数学家邓煜,解决的是流体力学里的百年难题 —— 证明玻尔兹曼方程的正确性。这个问题的核心矛盾,来自牛顿力学和流体力学的差异。

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牛顿力学里的运动是可逆的:抛出去的小球倒放视频,依然符合物理规律;马斯克回收火箭的过程,和发射时的动作反向一致,都符合牛顿力学。

但流体力学不一样,单个空气分子的运动符合牛顿力学,但大量分子组成的空气,宏观运动却是不可逆的。

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比如炸弹爆炸的视频倒放,会显得非常违和,因为大量空气不可能自动凝缩成炸弹。

物理学家玻尔兹曼方程描述了流体的宏观运动,但它的时间不可逆特性,和牛顿力学的可逆原则看似矛盾。

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过去学界只能证明在极小时间尺度内玻尔兹曼方程是正确的,大尺度下的验证始终没有完成。

邓煜的研究,就是证明了大时间尺度下玻尔兹曼方程依然成立,解决了这个困扰学界百年的问题。

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困扰学界百年的玻尔兹曼方程,终于被彻底证明正确。这个成果的应用范围极广:汽车、飞机的设计,火箭导弹的研发,甚至天气预报等涉及流体力学的领域,都能用到这套理论。

之后相关领域的研究可以更放心地使用玻尔兹曼方程,不用再纠结底层逻辑的矛盾。

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这是中国籍数学家首次拿下菲尔兹奖,标志着我国在基础科学领域的投入正在迎来收获。

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数学研究看似脱离实际,但从通信、医疗到航天,无数改变生活的技术背后,都有数学理论的支撑。这次两位学者的突破,让我们看到基础科学的真正价值。