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第六百四十八章 Maryna Viazovska这个问题(2 / 2)

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viazovska的魔法函数很强大,甚至超乎预期。

球体堆积问题只关心附近点之间的相互作用,但是viazovska的方法似乎也适用于远程相互作用,例如电子之间的相互作用。

要证明空间中某种点的构型是普遍最优的,必须先指定所讨论的问题体系。

不存在对所有目标都是最优的点的构型,例如,当引力作用于点上时,最低能量的构型不是任何一种晶格,而是所有点都位于同一个点上的大规模堆积。

viazovska、cohn和他们的合作者关注的是斥力体系。

准确地说,他们考虑的条件是完全单调的,即点之间的距离越近,斥力越强。

这一体系包括物理世界的众多常见力,例如电荷的库仑平方反比定律。

球体堆积问题属于这一体系的边缘问题,只要把球体不重叠的条件转换为当两球中心距小于直径时,会出现无穷大的斥力就可以了。

对于这些完全单调的力,问题就变成:对于无限多的粒子集合,其最低能量构型,或者说“基态”是什么。

2006年,cohn和kumar通过比较能量函数与具有良好性质的较小“辅助”函数,开发了一种求基态能量下限的方法。

他们发现每个维度都存在无限多的辅助函数,但无法确定哪个是最好的。

在8和24维中证明普遍最优性的五位论文作者:从左上顺时针分别为henrycohn,abhinavkumar,marynaviazovska,stephenmiller和danyloradchenko。

cohn和kumar发现在大多数维度中,他们找到的数值边界与最广为人知的构型的能量大相径庭。但是在8和24维中,cohn和kumar尝试模拟了所有的斥力,其数值边界与e8和leech晶格的能量都惊人地相似。自然,接下来的疑问就是,对于任何给定的斥力,是否存在一个完美的辅助函数,其给出的边界与e8或leech晶格能量完全匹配。

对于球体堆积问题,这正是viazovska三年前的工作:她在模函数中找到了完美的“魔法”辅助函数,模函数的特殊对称性使它们数世纪以来一直是数学家的研究对象。

当涉及到其他排斥点问题,例如电子问题时,每个魔法函数需要满足的特性是已知的:其必须在特定点上具有特殊值,而其傅立叶变换(用于量化函数的固有频率)则需要在其他点上具有特殊值。研究人员只是不知道这样的函数是否存在。

通常,构造一个在某些点上有期望效果的函数很简单,但是同时控制函数及其傅立叶变换是非常困难的。cohn说:“当你强行调整它们中的一个时,另一个总会与你的期望背道而驰。”

事实上,这一特性属于物理中著名的不确定原理。海森堡不确定原理就是这样一个特例,因为一个粒子的动量波是其位置波的傅立叶变换。

对于8或24维中的斥力,viazovska大胆地推测:研究团队想要在他们的魔法函数上施加的边界限制,及其傅立叶变换都恰好落在可能和不可能之间的界线上。她怀疑,再多一点限制,就不可能存在这样的函数;再少一点限制,则可能存在太多函数。而在团队所研究的条件下,恰好只有一个函数完全合适。

与e8和leech晶格不同,二维三角形晶格在自然界中无处不在,从蜂窝结构到超导体中的漩涡状排列均在此列。

在大量的实验和模拟基础上,物理学家们提出假设,这一晶格在广泛的范围中都是最佳的。

除8和24维之外,二维是唯一一个cohn和kumar的数值下界可以良好运作的维度。这强烈暗示了二维中应该也存在魔法函数。

但是,没有人能给出三角形晶格普遍最优的概念解释,而这有望由数学证明解答。

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