数论与几何的未来

作者: 神龙见首不见

来源: 原理

发布日期: 2018-07-22

本文介绍了德国数学家Peter Scholze的学术成就及其在算术几何领域的贡献。Scholze是德国史上最年轻的正教授,其工作领域为算术几何,通过几何方法研究数论问题。他的工作包括发展新的几何学理论,如“钻石”和状似完备几何学,以及在朗兰兹纲领和上同调理论方面的创新。Scholze的工作被数学界广泛认可和迅速吸收,与另一位数学家望月新一的对比显示了其在学术传播和接受度上的优势。

Peter Scholze(彼得·舒尔茨),1987年12月11日生于德国德累斯顿。中学时代曾代表德国队四次出战国际数学奥林匹克竞赛,获得三金一银,之后进入德国波恩大学学习,在三学期里完成本科学业,两学期获得硕士学位,随后师从数学家 Michael Rapoport 进行博士研究并于2012年毕业。

波恩大学在其博士毕业之后立即聘其为正教授,使得 Peter Scholze 成为德国史上最年轻的正教授。迄今为止,他所获的奖项包括克雷研究奖、欧洲数学学会奖、费马奖、奥斯特洛斯基奖和拉马努金奖等等,不出意外他也将获得即将公布的数学界最高荣誉——菲尔兹奖。

Peter Scholze 工作的领域我们称其为算术几何,这是一个用几何方法研究数论问题的领域。

算术几何作为一个分支旨在探索数字背后隐藏的几何结构,进而理解几何与数字本身。19世纪的学者们已经注意到数字与几何之间的非凡联系,他们梦想能找到统一两者的方法。

这一梦想在20世纪中叶逐步成为现实,奠基于德国哥廷根学派发展的代数,以及意大利学派发展的几何,André Weil(安德烈·韦伊)、Oscar Zariski(奥斯卡·扎里斯基)以及后来的Alexander Grothendieck(亚历山大·格罗滕迪克,详见:《云端的背影——格罗滕迪克的故事》)建立了现代代数几何的基础,其将许多算术问题包含进了几何的框架,为我们提供了新的强大的洞察力。

一个人们很早就意识到的联系源于整数和一元多项式,它们具有非常相似的性质,比如它们都能做质数分解。一元多项式有很明显的几何解释,它是一条曲线(代数维度为1,如果我们试图画出它的图形,则其为维数2的曲面,因为复数的维数是2)。这让我们猜测整数应当在某种意义上是一条曲线,Grothendieck的几何框架给出了这样一种解释,这条曲线上的每一点对应于一个素数。

这一解释在很多方面很成功,结合Grothendieck发展的代数几何及代数拓扑工具,它给出了强有力的新方法去处理算术上的问题。

然而,一些基本的问题在Grothendieck的框架里仍然得不到解决。一个非常根本的问题在于曲线上每一点都是相似的,它们都起源于同一种代数对象(曲线定义其中的域),而整数上不同的点,即不同的素数却并不相同。

换句话来说,不同素数应该起源于同一种结构,有时我们称其为“一个元素的域”,然而这一对象却并不能被满意地构造。Peter Scholze的工作很大程度上可以看作局部构造这条想象中的曲线。对曲线上的每一点,即每一个素数,Scholze给出了它在曲线上的任意小领域的严格构造。为此Scholze必须发展一套全新的几何学,他称其为“钻石”(diamond)。

在一次会议中,Scholze解释其命名为钻石的理由,这些对象无法直接观测到,我们只能通过无数不同的侧面去观察,但当我们把所有侧面放在一起,他组成了一个完整的结构,就像钻石的每一个切面共同构成了钻石本身。

“钻石”的发展深深根植于Scholze之前于其博士论文中发展出的一套几何学,他称其为状似完备几何学(perfectoid geometry),在这里他把另一位杰出的德国数学家,菲尔兹奖得主Gerd Faltings的工作系统组织成一套理论体系,新的框架结构澄清了许多过去模糊不清的对象,并成功被Scholze及其合作者应用于解决许多悬而未决的猜想。

我们要重点提一下Scholze关于朗兰兹纲领的工作,在这里他用他的状似完备几何学提供了一种全新的方法去看待一类深刻根植于朗兰兹纲领的几何对象——志村族,并与其他9位合作者共同推广了Wiles关于费马大定理的工作。另一个不同但相关的工作在于局部推广志村族的定义,并将其应用于局部朗兰兹纲领,这是Scholze发展“钻石”理论的初衷。

Scholze工作的另一个不同的方向在于代数几何的拓扑理论,我们称之为上同调理论,这里的核心问题在于不同上同调理论的联系,Grothendieck称之为motive理论。Scholze对局部数域的深入洞察使其能够在这一特殊情形绕开Grothendieck的道路,用一种崭新的方式看待motive理论。

他发现所有上同调理论共同组成了一个几何对象,而其可以被放进他所开辟的框架下研究,而其亦是与其关于朗兰兹的工作有机结合在一起的。这正是Scholze工作的特点,他总是能抓住最本质的东西,找到最合适的角度,使得不同现象间的深刻联系浮出水面。

对比Scholze和望月新一是很有意思的,两者都做出了革命性的贡献,开辟了新的框架并解决了大的问题。

不同的是,Scholze的工作被数学界很快吸收,全世界这一领域的学者学生都争先恐后地学习,去年在美国亚利桑那关于Scholze理论的冬季学校创纪录地吸引了近四百人,以年轻的博士生和博后为主,同时也包括了一批成名的学者,而望月新一的理论至今都没有被主流数学界完全理解并承认。这并非因为望月新一的理论更深刻难以接近,Scholze的理论无论深度广度都毫不逊色。

UUID: aad86a9f-3665-4d9d-a39a-73a2c02b2bb2

原始文件名: /home/andie/dev/tudou/annot/AI语料库-20240917-V2/AI语料库/原理公众号-pdf2txt/2018年/2018-07-22_数论与几何的未来.txt

是否为广告: 否

处理费用: 0.0059 元