他搭建了代数、分析与拓扑之间的桥梁

作者: 乌鸦少年

来源: 原理

发布日期: 2018-08-07

柏原正树是数学领域的杰出人物,他通过发展D模理论和解决黎曼-希尔伯特问题,极大地推动了代数分析和表示论的发展,并在数学的不同领域之间搭建了桥梁。他的工作不仅在数学领域产生了深远影响,还在数学物理和数论等领域得到了应用。

他是一位建造者,在数学的不同领域之间搭建桥梁;他是一位创造者,发展了被广泛应用的数学工具;他更是一位远见者,打开了新的数学世界,使数学家有了新的探索方向。他便是柏原正树(Masaki Kashiwara)。在他近50年的数学生涯中,他开创了一个新的领域,用前所未有的方法证明了惊人的定理。

在2018年的国际数学家大会上,柏原正树获得了陈省身奖(Chern Medal),以表彰他在代数分析和表示论中做出的杰出和基础的贡献。他在当前的数学领域里留下了独特的印记。

柏原正树最早的重要贡献是发展了一种叫作D模(D-module)的工具。D模是一种由微分方程编织而成的精巧数学结构,是广泛应用于科学领域的、最基本的数学工具之一。D模最初是由柏原正树在东京大学研究生院的导师——佐藤干夫创造的。他们一起工作,发现了所有不同类型的D模,以及它们之间的关联。

构建这些D模结构的基本单元是微分方程。微分方程属于数学分析的范畴,它描述变量之间的关系,处于现代科学的核心。但是,D模使用的框架来自于数学中一个抽象得多的分支——代数。在代数中,所有细节都被剥离,只专注于所涉及的抽象结构的核心。因而,D模连接了分析与代数这两个数学领域,使得一个领域的研究对象和方法可以进入另一个领域。柏原正树极大地发展了D模理论,使之成为一个全新的领域——代数分析的基础。

然后,柏原正树使用D模来证明数学上一个长久以来悬而未决且极其重要的开放性问题——黎曼-希尔伯特问题,这是希尔伯特1900年提出的一个问题(希尔伯特23个问题的第二十一个)的推广。

柏原正树贡献良多的另一个数学领域是表示论(representation theory)。这是一种可以将抽象的代数结构描述为一种更易于理解的事物——作用于向量空间的矩阵——的方式。表示论探索的是关于对称的问题。数学领域中最基本的问题之一是关于可能存在的所有不同类型的对称性。

柏原正树与合作者一起,证明了表示论领域的Kazhdan-Lusztig猜想,这一问题处于分析、代数与几何的交汇处。他们的证明方法是如此聪明且出人意料,甚至连该领域的数学家都赞叹不已。之后他又与另一位数学家合作,证明了这个问题更普遍的形式。这一证明如同一场革命,使得表示论发展成了现在的形式。

通常,许多不同的数学对象会展现出同一种特定类型的对称性,而这些数学对象会以难以理解的复杂方式彼此关联。为了表示这些数学对象之间的关系,柏原正树引入了水晶基(crystal base)的想法,使得能够利用组合数学来回答表示论中的问题。

水晶基的概念揭示了复杂数学结构(用作用于向量空间的矩阵来表示)的核心是图(graph)。水晶图(crystal graph)的顶点是基底,图的边表示这些元素是如何相互关联的。

这项工作的影响超出了数学领域。水晶基的概念在数学物理领域非常有用,它被用来证明粒子系统统计行为的公式。

柏原正树没有停下来,他仍然与许多不同的人合作,继续做着突破性的工作。2016年,他证明了之前的黎曼-希尔伯特对应(Riemann-Hilbert correspondence)的一个延伸问题。他还在搭建不同数学领域之间的桥梁,包括辛几何。他的工作激发了许多数学家的灵感,另外,他还写出了被多个领域奉为“圣经”的教科书。

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