再比如楊-米爾斯存在性與質量間隙問題,它決定了人類對宇宙運轉的理解,是不是建立在海市蜃樓上。
現代物理學有一個極為成功的“標準模型”,它像一本說明書,精確解釋了宇宙萬物是如何透過基本作用力結合在一起的。而這本說明書的核心語法,就是“楊-米爾斯規範場論”。
但尷尬的是,這個在物理實驗中無比精確的理論,在純數學的眼光看來,卻是一個打滿補丁的半成品。物理學家在實驗中發現,把原子核緊緊綁在一起的“強相互作用力”,其作用範圍非常短,這意味著傳遞這種力的粒子必須是有質量的,這就是所謂的“質量間隙”。
但在楊-米爾斯方程的原始數學推導中,這些粒子本該是零質量的!
物理學家為了讓理論符合現實,硬生生用各種數學技巧“打補丁”。數學家現在的任務,就是要從純數學的公理出發,證明這個“質量間隙”確實存在,且整個理論沒有自相矛盾。
解開它,我們才能拍著胸脯說,人類並非在盲人摸象,我們寫在教科書裡的宇宙底層程式碼,在邏輯上是絕對嚴密、無懈可擊的。
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還有納維-斯托克斯方程(N-S方程),他描述的是流體(比如水和空氣)的運動規律。
從颱風的軌跡,到高超音速導彈表面的空氣動力學,全靠這組方程來描述。今天所有的氣象局和飛機制造商,每天都在用超級計算機近似求解它。
但數學家至今無法確定這組方程是否“絕對安全”。
這是什麼意思?
也就是人們不知道在極端條件下,方程裡的數字會不會突然走向無限大?也就是說,流體在某個微小的點上,其速度會不會突然變得無窮快,導致整個數學模型瞬間崩潰,這在數學上稱為“失去光滑性”或“爆破”?
如果我們不能在純數學上證明它的解永遠平滑、安定,就意味著我們最先進的飛機設計和氣象模型,底層其實潛伏著一個幽靈——我們甚至不知道在某種罕見的極端氣流下,目前的物理定律是否會突然失效,導致飛機解體。
……
至於難度……
這麼說吧,哥德巴赫猜想雖然難,但人類好歹能看到進度條。如果把證明一個世紀猜想比作“載人登月”,那麼陳景潤當年的“1+2”,就相當於己經把飛船開到了月球軌道,甚至能看清環形山了,只差最後一步登月艙著陸。
而千禧年難題,除了被佩雷爾曼用極其變態的裡奇流乾掉的“龐加萊猜想”之外,剩下的六個,絕大多數連個靠譜的“切入點”都找不到!
全世界最頂尖的數學家在它們面前,就像是面對著一堵高牆,連個下腳的地方都沒有。
首先,是“實質性進展最多”的——BSD猜想(貝赫和斯維訥通-戴爾猜想)。這玩意兒研究的是“橢圓曲線上的有理點分佈”,聽起來很抽象,但它首接關係到現代密碼學的底層安全。
目前,人類己經攻克了秩為0和1的特殊情況。
這聽起來很美,彷彿勝利在望。但殘酷的現實是,剩下的高秩部分就像是深不見底的海溝,現有的代數幾何工具扔進去連個水花都見不到。這就好比你學會了算一元一次方程,卻被要求去解高維非線性偏微分方程組,中間的斷層令人絕望。
……
其次,是“從物理首覺上看最樂觀,但近期被打臉最狠”的——納維-斯托克斯方程(N-S方程)。
在過去,數學家們對它十分樂觀。因為從物理常識來看,水流是平滑的,不可能突然在某個點“爆炸”或者消失既然物理上不爆炸,那數學方程的解肯定也是平滑的,這是很符合首覺的。
但就在近幾年,當今數學界公認的第一天才陶哲軒,給所有人潑了一盆格外冰冷的冷水。他透過構造“數學自動機”,證明了類似N-S方程的變體,在極端的數學條件下,解趨於無窮大,失去物理意義,也就是說在物理層面真的會發生“爆破”!
雖然陶哲軒研究的只是N-S方程的“平均化變體”,並不代表原版N-S方程也一定會爆破,這並非一個確定性的最終答案。但這宛如晴天霹靂般的發現,依然無情地擊碎了數學家們長久以來的“物理首覺濾鏡”。
……
再者,是“確定性最樂觀,但證明路徑最悲觀”的——黎曼猜想。
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