威廉·瑟斯頓 (William Thurston) (1946-2012) 的數學遺產

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威廉·瑟斯頓 (William Thurston) 的幾何化猜想改變了幾何學和拓撲學領域,他對數學和數學教育的方法在數學界引起了廣泛反響,他在與癌症抗爭後於 8 月 21 日去世。他曾出現在《大眾科學》的文章《三維流形的數學》中,這篇文章是他與傑弗裡·威克斯 (Jeffrey Weeks) 合著的,並且在我們的許多其他關於數學的文章中也作為人物出現。

當在數學對話中提到瑟斯頓 (Thurston) 時,“有遠見”和“直覺”這兩個詞也會隨之出現。“當他知道一些事情時,他非常瞭解它。他的直覺知道事情會走向何方,”馬里蘭大學數學家、瑟斯頓的學生之一比爾·戈德曼 (Bill Goldman) 說。“他看到了如何將一切結合在一起,並且比當時任何人都看得更遠。”

瑟斯頓 (Thurston) 在佛羅里達州新學院獲得學士學位,並於 1972 年在加州大學伯克利分校獲得博士學位。他在 1970 年代早期的早期工作徹底改變了對稱為葉狀結構的幾何物件的研究,以至於數學家開始建議他們的學生不要進入該領域,因為瑟斯頓似乎單槍匹馬地證明了所有可能的定理。從 1970 年代中期開始,他還徹底改變了低維幾何學和拓撲學領域。瑟斯頓最重要的貢獻之一是關於三維流形性質的幾何化猜想。三維流形是一種物體,其中每個點在區域性看起來都像三維歐幾里得空間。(舉個好例子,看看你周圍:我們世界中的物體,實際上世界本身,都是三維流形。)


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幾何化猜想指出,封閉且有界的三維流形可以分解成若干塊,每塊都具有八種公認的幾何結構之一。《龐加萊猜想》於 1904 年提出,被認為是數學中最重要的未解問題之一。它只是瑟斯頓幾何化猜想的一個特例。在他提出猜想時,一維和二維以及五維及以上維度的相關問題已被理解,但對於他所研究的三維和四維問題卻知之甚少。

1982 年,瑟斯頓 (Thurston) 獲得了菲爾茲獎,這是數學界的最高榮譽之一,部分原因是他證明了被稱為哈肯流形的很大一類流形的幾何化猜想。隱居的俄羅斯數學家格里戈裡·佩雷爾曼 (Grigori Perelman) 在該猜想提出 20 多年後,於 2003 年完成了幾何化猜想的證明。由於這項成就,佩雷爾曼 (Perelman) 也被授予菲爾茲獎,但他著名地拒絕了該獎項。

瑟斯頓 (Thurston) 對數學真理的直覺非常出色。“他有點像一個真理過濾器。我會告訴他我的想法,這些想法總是錯誤的,但他只是茫然地凝視著太空,然後回來並把它變成正確的東西。他的頭腦拒絕了錯誤的數學,”戈德曼 (Goldman) 說。

瑟斯頓 (Thurston) 對數學的直覺方法部分是對 1970 年代早期流行的形式主義風格的一種反應,這種風格強調嚴格的證明,卻犧牲了闡述。“他的直覺風格在當時非常規,許多老牌數學家並不欣賞他。但當瑟斯頓 (Thurston) 的思想開始改變整個數學領域時,這種情況很快就改變了,”戈德曼 (Goldman) 說。

瑟斯頓 (Thurston) 積極致力於使數學更易於學生和公眾理解和喜愛,尤其是在晚年。在 1994 年為《美國數學學會公報》撰寫的一篇文章中,他寫道,數學家應該提出的根本問題不應該是“數學家如何證明定理?”,而是“數學家如何增進人類對數學的理解?” 他認為,這種人類的理解不僅賦予了數學實用性,也賦予了數學美,數學家需要提高他們交流數學思想的能力,而不僅僅是形式證明的細節。

他致力於提高公眾對數學理解的專案,並看到了藝術和設計的數學方面。他與人共同開發了一門名為“幾何與想象力”的課程,旨在向不一定具有高等數學背景的人們介紹深刻的幾何概念。2010 年,他與設計師藤原大 (Dai Fujiwara) 合作設計了受數學啟發的時裝。關於那個專案,他寫道:“[藤原] 觀察到我們都在試圖理解二維表面的最佳三維形式,並且他注意到我們每個人都各自獨立地開始要求我們的學生剝橙子來探索這些關係。這與我產生了強烈的共鳴,因為長期以來,我一直(從遠處)迷戀服裝設計的藝術及其與數學的聯絡。”

瑟斯頓 (Thurston) 曾在普林斯頓大學、麻省理工學院、加州大學伯克利分校和康奈爾大學等學校工作。他指導了 33 名學生,並有 157 名數學後裔,包括本文作者。除了他的數學家庭之外,他的母親瑪格麗特·瑟斯頓 (Margaret Thurston);他的第一任妻子蕾切爾·芬德利 (Rachel Findley)(已離婚);與第一任妻子生的三個孩子,納撒尼爾·瑟斯頓 (Nathaniel Thurston)、迪倫·瑟斯頓 (Dylan Thurston) 和艾米麗·瑟斯頓 (Emily Thurston);他的妻子朱利安·瑟斯頓 (Julian Thurston);與第二任妻子生的兩個孩子漢娜·傑德·瑟斯頓 (Hannah Jade Thurston) 和利亞姆·瑟斯頓 (Liam Thurston);他的兄弟姐妹羅伯特·瑟斯頓 (Robert Thurston)、珍·貝克 (Jean Baker) 和喬治·瑟斯頓 (George Thurston);以及兩個孫子孫女也健在。

芝加哥大學數學家、瑟斯頓 (Thurston) 的學生本森·法布 (Benson Farb) 在一封電子郵件中說,“在我看來,瑟斯頓 (Thurston) 被低估了:他的影響遠遠超出了他的數學的(巨大)內容。他改變了幾何學家/拓撲學家思考數學的方式。他改變了我們對‘遇到’和‘與’幾何物件‘互動’的含義的理解。相比之下,之前的幾何學幾乎看起來像是純粹的符號堆砌。” 他對該領域的 фундаментальный 貢獻影響了數學界的很大一部分,人們將非常懷念他。

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