一个在广西桂林长大的女孩,用127页论文把困扰数学界百年的三维挂谷猜想钉死了;一个在北大校园里拎着矿泉水瓶的青年,十几年如一日地啃着流体方程里最硬的骨头。王虹和韦东奕,两个名字最近被放在一起反复提起,不是因为谁压了谁一头,而是因为他们各自站在了两条完全不同的赛道顶端,让人忍不住想问一句:数学这座山,到底有几条路可以登顶?

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一条通向人类思维的极致抽象,一根针在三维空间里怎么转、扫过的面积能不能无限压缩,这种问题听着像脑筋急转弯,实际上是几何测度论里最深的坑。另一条连着现实世界的湍流与飞行,飞机怎么飞稳、火箭怎么穿大气层、天气怎么预报,背后全绕不开同一组方程。两条路,看着都叫”数学”,走起来却是两个世界。

两大难题:一个问”空间有多挤”,一个问”水怎么流”

先说王虹那条线。挂谷猜想这个东西,1917年由日本数学家挂谷宗一提出,最初的问题朴素得有点好笑:在一个平面上,把一根针旋转180度,它扫过的区域最小能有多大?后来数学家发现,这个面积可以被压缩到趋近于零,但问题没结束——换到三维空间呢?一根针在三维里能朝所有方向转,它扫过的”体积”能不能也无限小?二维的答案早在1971年就有了,三维却卡了几十年,成了调和分析和几何测度论领域公认的硬骨头。

王虹和合作者约书亚·扎尔从2022年开始动手,分三篇论文逐步推进,到2025年2月把127页的完整证明挂上预印本网站。她们的办法说起来不复杂——把那些纠缠在一起的”管道”按不同尺度拆成微小颗粒,然后证明不管你怎么安排针的交叉方式,空间里任何一点都不可能被过度挤压和重叠。这种”重叠限制”一锁死,图形退化的上限就被钉住了,三维挂谷猜想就此告破。陶哲轩直接给了个评价:”几何分析领域百年一遇的突破。”这话从他嘴里说出来,分量不用多解释。

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再说韦东奕那条线。纳维-斯托克斯方程,简称NS方程,描述的是流体怎么运动。听着简单,实际上是克雷数学研究所列出的七大”千禧年大奖难题”之一,悬赏一百万美元,至今没人能完全解决。问题难在哪?现实世界里流体方程告诉你”它应该稳定”,实验却告诉你”它已经乱了”。理论上还算稳,但只要外界给一点扰动——壁面粗糙一点、入口震一下——扰动就可能被慢慢放大,最后变成谁也说不清的湍流。1883年英国物理学家雷诺做了经典实验揭示了流动状态与雷诺数的关系,此后一百四十多年,湍流产生的物理机理始终没被完全吃透。

韦东奕和章志飞教授团队做的事,就是把这种”看起来稳却会被扰动带偏”的过程,用严格的方程、估计和证明讲清楚。他们解决了奥森涡算子的拟谱界猜测、剪切流的无粘阻尼问题等几个硬骨头,2019年法国布尔巴基讨论班专门讨论了他们的贡献——被布尔巴基讨论,在数学圈里本身就是极高的同行认可。2025年,这个项目拿了国家自然科学奖二等奖。

纯与用:不是对立,是两种”较劲”的方式

很多人喜欢把数学劈成”纯的”和”用的”两半,好像非此即彼。其实没那么绝对。王虹做的调和分析和几何测度论,不以实用为直接目的,追求的是定理的证明、结构的揭示和逻辑的自洽。你问她这东西有什么用?她可能会告诉你,调和分析里的傅里叶分析,就是你每天看高清视频、刷清晰图片背后的数学支撑。但这种”用”是后来才被发现的,不是她出发时的理由。

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韦东奕走的路更偏向应用驱动。NS方程本身就是从物理和工程里长出来的,他的研究直接对接航空航天、气象预测、潜艇潜航这些具体场景。但别以为应用数学就是”算算数”,他在偏微分方程的稳定性分析和数值验证上的工作,抽象程度一点不低,只是最终落点更靠近现实。

两条路之间其实一直在互相喂东西。调和分析的工具被借去做信号处理、图像压缩,这是纯数学反哺应用的老故事;反过来,流体力学里冒出来的新问题,又不断催着纯数学家去发展新的偏微分方程理论。哈代说过一句话,纯数学是”数学实在”的一部分,像一幅不完整的拷贝,它不描写物理世界,但物理世界的模式有时候又得回头找它要语言。这话放在王虹和韦东奕身上,刚好对得上。

难在哪:不只是脑子,还有时间和耐心

纯数学的突破往往依赖个人灵感,一个想法对了,可能几年甚至几十年的困局就解开了,但验证周期长、同行评审门槛高,127页论文不是写完就算数的,得被全球顶尖的眼睛一寸一寸地过。王虹的证明出来之后,韦东奕连续三天坐在教室第一排听课、记笔记、课后追问,这本身就是验证过程的一部分——真正懂行的人,不会因为”头衔亮”就跳过细节。

应用数学的难更”杂”。它需要跨学科团队、实验数据和计算资源,成果转化路径复杂,从一个方程的性质到飞机能不能飞稳,中间隔着无数工程环节。韦东奕选择NS方程这个方向,意味着他选了一条进展极慢、积累周期极长的路,正如有人说的,”强如他的天资都去啃这个方向,敢硬刚的绝对是不世出的狠人。”

还有一个容易被忽略的点:社会认知。纯数学的成果以论文和定理呈现,公众感知度低,但学术影响力深远;应用数学的成果更容易被理解——天气预报准了、飞机设计稳了,大家都看得见,但又容易被简化成”技术”而忽略背后的数学硬度。两条路径没有高下,挑战的维度不一样,共同撑起了数学研究的完整生态。

最后一个问题

回到开头那个画面:韦东奕坐在第一排记笔记,王虹在问题前停顿了一下。那一瞬间的”卡壳”,不是谁不行,而是学术最真实的样子——越是高手,越知道自己的边界在哪,越不会把所有问题都往”我全懂”上硬拽。

所以最后想留一个问题给读到这里的人:如果让你选,去探索人类思维能触碰到的最远边界,还是去解决现实世界里最棘手的具体难题,你觉得哪个更值得?