Гипотеза пуанкаре конец религии. Формы пространства

Гипотеза Пуанкаре

Гипотеза Пуанкаре́ (точнее Теорема Пуанкаре́ - поскольку это доказанная гипотеза ) является одной из наиболее известных задач топологии. Она даёт достаточное условие того, что пространство является трёхмерной сферой с точностью до деформации.

Формулировка

Гипотеза Пуанкаре

В исходной форме гипотеза Пуанкаре утверждает. Всякое односвязное компактное трёхмерное многообразие без края гомеоморфно трёхмерной сфере.

Обобщённая гипотеза Пуанкаре.

Обобщённая гипотеза Пуанкаре утверждает: Для любого натурального числа n всякое многообразие размерности n гомотопически эквивалентно сфере размерности n тогда и только тогда, когда оно гомеоморфно ей. Исходная гипотеза Пуанкаре является частным случаем обобщённой гипотезы при n = 3.

История

В 1900 годуПуанкаресделал предположение, что трёхмерное многообразие со всеми группами гомологий как у сферы гомеоморфно сфере. В1904 годуон же нашёл контрпример, называемый теперьсферой Пуанкаре, и сформулировал окончательный вариант своей гипотезы. Попытки доказать гипотезу Пуанкаре привели к многочисленным продвижениям в топологии многообразий.

Гипотеза Пуанкаре долгое время не привлекала интереса. В 1930-х годах Джон Уайтхедвозродил интерес к гипотезе объявив о доказательстве, но затем отказался от него.

Доказательства обобщённой гипотезы Пуанкаре для n ≥ 5 получены в начале 1960-1970-х почти одновременноСмейлом, независимо и другими методамиСтоллингсом(англ. ) (дляn ≥ 7, его доказательство было распространено на случаиn = 5 и 6Зееманом(англ. )). Доказательство значительно более трудного случаяn = 4 было получено только в1982 годуФридманом. Из теоремыНовиковао топологической инвариантности характеристическихклассов Понтрягинаследует, что существуют гомотопически эквивалентные, но не гомеоморфные многообразия в высоких размерностях.

Доказательство исходной гипотезы Пуанкаре (и более общей гипотезы Тёрстона) было найдено только в2002 годуГригорием Перельманом. Впоследствии доказательство Перельмана было проверено и представлено в развёрнутом виде как минимум тремя группами учёных. Доказательство использует модификациюпотока Риччи(так называемыйпоток Риччи с хирургией ) и во многом следует плану, намеченномуГамильтоном, который также первым применил поток Риччи.

Схема доказательства

Поток Риччи - это определённое уравнение в частных производных, похожее на уравнение теплопроводности. Он позволяет деформировать риманову метрику на многообразии, но в процессе деформации возможно образование «сингулярностей» - точек, в которых кривизна стремится к бесконечности, и деформацию невозможно продолжить. Основной шаг в доказательстве состоит в классификации таких сингулярностей в трёхмерном ориентированном случае. При подходе к сингулярности поток останавливают и производят «хирургию» - выбрасывают малую связную компоненту или вырезают «шею» (то есть, открытую областьдиффеоморфную прямому произведению ), а полученные две дырки заклеивают двумя шарами так, что метрика полученного многообразия становится достаточно гладкой - после чего продолжают деформацию вдоль потока Риччи.

Процесс, описанный выше, называется «поток Риччи с хирургией». Классификация сингулярностей позволяет заключить, что каждый «выброшенный кусок» диффеоморфен сферической пространственной форме.

При доказательстве гипотезы Пуанкаре начинают с произвольной римановой метрики на односвязном трёхмерном многообразии и применяют к нему поток Риччи с хирургией. Важным шагом является доказательство того, что в результате такого процесса «выбрасывается» всё. Это означает, что исходное многообразие можно представить как набор сферических пространственных форм , соединённых друг с другом трубками . Подсчёт фундаментальной группы показывает, что диффеоморфно связной сумме набора пространственных форм и более того все тривиальны. Таким образом, является связной суммой набора сфер, то есть сферой.

В чём суть теоремы Пуанкаре

Е доказала РАЖАЯ Софья вот а тоже РЫЖАЯ....
Суть в том, что Вселенная имеет не форму сферы, а бублика
Cмысл гипотезы Пуанкаре в ее изначальной формулировке состоит в том, что для любого трехмерного тела без отверстий найдется такое преобразование, которое позволит его без разрезания и склеивания превратить в шар. Если это кажется очевидным, то что, если пространство не трехмерное, а содержит десять или одиннадцать измерений (то есть речь идет об обобщенной формулировке гипотезы Пуанкаре, которую и доказал Перельман)
в 2-х словах не расскажешь
В 1900 году Пуанкаре сделал предположение, что трхмерное многообразие со всеми группами гомологий как у сферы гомеоморфно сфере. В 1904 году он же нашл контр-пример, называемый теперь сферой Пуанкаре, и сформулировал окончательный вариант своей гипотезы. Попытки доказать гипотезу Пуанкаре привели к многочисленным продвижениям в топологии многообразий.
Доказательства обобщнной гипотезы Пуанкаре для n #10878; 5 получены в начале 19601970-х почти одновременно Смейлом, независимо и другими методами Столлингсом (англ.) (для n #10878; 7, его доказательство было распространено на случаи n = 5 и 6 Зееманом (англ.)) . Доказательство значительно более трудного случая n = 4 было получено только в 1982 году Фридманом. Из теоремы Новикова о топологической инвариантности характеристических классов Понтрягина следует, что существуют гомотопически эквивалентные, но не гомеоморфные многообразия в высоких размерностях.

Доказательство исходной гипотезы Пуанкаре (и более общей гипотезы Трстона) было найдено только в 2002 году Григорием Перельманом. Впоследствии доказательство Перельмана было проверено и представлено в разврнутом виде как минимум тремя группами учных. 1 Доказательство использует поток Риччи с хирургией и во многом следует плану, намеченному Гамильтоном, который также первым применил поток Риччи.
хто это такой
Теорема Пуанкаре:
Теорема Пуанкаре о векторном поле
Теорема Пуанкаре Бендиксона
Теорема Пуанкаре о классификации гомеоморфизмов окружности
Гипотеза Пуанкаре о гомотопической сфере
Теорема Пуанкаре о возвращении
Вы о какой спрашиваете?
В теории динамических систем, теорема Пуанкаре о классификации гомеоморфизмов окружности описывает возможные типы обратимой динамики на окружности, в зависимости от числа вращения p(f) итерируемого отображения f. Грубо говоря, оказывается, что динамика итераций отображения в определнной степени похожа на динамику поворота на соответствующий угол.
А именно, пусть задан гомеоморфизм окружности f. Тогда:
1) Число вращения рационально тогда и только тогда, когда у f есть периодические точки. При этом знаменатель числа вращения это период любой периодической точки, а циклический порядок на окружности точек любой периодической орбиты такой же, как и у точек орбиты поворота на p(f). Далее, любая траектория стремится к некоторой периодической как в прямом, так и в обратном времени (a- и -w предельные траектории при этом могут быть разными) .
2) Если число вращения f иррационально, то возможны два варианта:
i) либо у f есть плотная орбита, и тогда гомеоморфизм f сопряжн повороту на p(f). В этом случае все орбиты f плотны (поскольку это верно для иррационального поворота) ;
ii) либо у f есть канторово инвариантное множество C, являющееся единственным минимальным множеством системы. В этом случае все траектории стремятся к C как в прямом, так и в обратном времени. Кроме того, отображение f полусопряжено повороту на p(f): для некоторого отображения h степени 1, p o f =R p (f) o h
При этом множество C в точности является множеством точек роста h иными словами, с топологической точки зрения, h схлопывает интервалы дополнения до C.
суть вопроса - 1 млн долларов
В том что ее не кто не понимает кроме 1 человека
Во внешней политике Франции..
Вот здесь Лка лучше всех ответила http://otvet.mail.ru/question/24963208/
Гениальный математик, парижский профессор Анри Пуанкаре занимался самыми разными областями этой науки. Самостоятельно и независимо от работ Эйнштейна в 1905 году он выдвинул основные положения Специальной теории относительности. А свою знаменитую гипотезу он сформулировал еще в 1904 году, так что на ее решение потребовалось около столетия.
Пуанкаре был одним из родоначальников топологии науке о свойствах геометрических фигур, которые не изменяются при деформациях, происходящих без разрывов. К примеру, воздушный шарик можно с легкостью деформировать в самые разные фигуры как это делают для детей в парке. Но потребуется разрезать шарик, чтобы скрутить из него бублик (или, говоря геометрическим языком, тор) другого способа не существует. И наоборот: возьмите резиновый бублик и попробуйте превратить его в сферу. Впрочем, все равно не выйдет. По своим топологическим свойствам поверхности сферы и тора несовместимы, или негомеоморфны. Зато любые поверхности без дырок (замкнутые поверхности) , наоборот, гомеоморфны и способны, деформируясь, переходить в сферу.

Если насчет двумерных поверхностей сферы и тора все было решено еще в XIX веке, для более многомерных случаев потребовалось гораздо больше времени. В этом, собственно, и состоит суть гипотезы Пуанкаре, которая расширяет закономерность на многомерные случаи. Немного упрощая, гипотеза Пуанкаре гласит: Всякое односвязное замкнутое n-мерное многообразие гомеоморфно n-мерной сфере. Забавно, что вариант с трехмерными поверхностями оказался самым непростым. В 1960 году гипотеза была доказана для размерностей 5 и выше, в 1981 для n=4. Камнем преткновения стала именно трехмерность.

Развивая идеи Вильяма Трстена и Ричарда Гамильтона, предложенные ими в 1980-х годах, Григорий Перельман применил к трехмерным поверхностям особое уравнение плавной эволюции. И сумел показать, что исходная трехмерная поверхность (если в ней нет разрывов) обязательно будет эволюционировать в трехмерную сферу (это поверхность четырехмерного шара, и существует она в 4-мерном пространстве) . По словам ряда специалистов, это была идея нового поколения, решение которой открывает новые горизонты для математической науки.

Интересно, что сам Перельман отчего-то не потрудился довести свое решение до окончательного блеска. Описав решение в целом в препринте The entropy formula for the Ricci flow and its geometric applications в ноябре 2002 года, он в марте 2003 года дополнил доказательство и изложил его в препринте Ricci flow with surgery on three-manifolds, а также сообщил о методе в серии лекций, которые прочел в 2003 году по приглашениям ряда университетов. Ни один из рецензентов не смог обнаружить в предложенном им варианте ошибок, но и публикации в реферируемом научном издании Перельман не выпустил (а именно таковым, в частности было необходимое условие получения премии Математического института Клэя) . Зато в 2006 году на основе его метода вышел целый набор доказательств, в которых американские и китайские математики подробно и полностью рассматривают проблему, дополняют моменты, опущенные Перельманом, и выдают окончательное доказательство гипотезы Пуанкаре.
Обобщнная гипотеза Пуанкаре утверждает, что:
Для любого n всякое многообразие размерности n гомотопически эквивалентно сфере размерности n тогда и только тогда, когда оно гомеоморфно ей.
Исходная гипотеза Пуанкаре является частным случаем обобщнной гипотезы при n = 3.
За расъяснениями - в лес по грибы, там ходит Григорий Перельман)
Теорема Пуанкаре о возвращении одна из базовых теорем эргодической теории. Ее суть в том, что при сохраняющем меру отображении пространства на себя почти каждая точка вернется в свою начальную окрестность. Полная формулировка теоремы следующая 1:
Пусть сохраняющее меру преобразование пространства с конечной мерой и пусть измеримое множество. Тогда для любого натурального
.
У данной теоремы есть неожиданное следствие: оказывается, если в сосуде, разделенном перегородкой на два отсека, один из которых заполнен газом, а другой пуст, удалить перегородку, то через некоторое время все молекулы газа вновь соберутся в исходной части сосуда. Разгадка этого парадокса в том, что некоторое время имеет порядок миллиардов лет.
у него теорем как собак в корее резанных.. .
вселенная имеет сферическую форму.. . http://ru.wikipedia.org/wiki/Пуанкаре, _Анри

вот вчера учные объявили - что вселенная замороженная субстанция... и попросили много денег для доказательства этого... опять мерикосы станок включат печатный... для утехи яйцеголовых...
Попробуй доказать, где верх и низ в невесомости.
Вчера был прекрасный фильм по КУЛЬТУРе, в котором на пальцах объяснялась эта проблема. Может, он у них еще есть?
http://video.yandex.ru/#search?text=РРР СР Р РРСРР СРРРРwhere=allfilmId=36766495-03-12
Входите в Яндекс и пишете Фильм о Перельмане и выходите на фильм

Анри Пуанкаре - один из самых известных французских ученых всех времен. За свою жизнь он успел достичь многого. Кроме того, что он совершил множество открытий в самых различных областях знаний, он также в течение многих лет преподавал в Сорбонне и являлся членом Французской академии наук, а с 1906 и до самой смерти в 1912 был ее президентом.

В современном мире самым известным его достижением считается теорема Пуанкаре, которая была доказана Григорием Перельманом.

Попытки доказательства

Множество ученых долгие годы занималось изучением теоремы, но успеха добились только несколько человек. Один из главных прорывов совершил американский ученый Тёрстон. Суть его работы состоит в том, что он смог зрительно проиллюстрировать многообразие элементов трехмерной плоскости. Работа Тёрстона получила название гипотезы геометризации, а за нее он был удостоен Филдсовской премии.

Несколько китайских ученых также были заинтересованы в том, чтобы теорема Пуанкаре была доказана. Среди них особо выделяется Шин Тун Яу, который даже делал заявления о том, что ему и его ученикам удалось это сделать.

Работа Перельмана

Григорий Перельман доказал теорему Пуанкаре после многих лет упорной работы над ней. Он начал свои исследования, находясь в Америке, где в течение долгого времени читал лекции в разных университетах. После своего знакомства с американским ученым Гамильтоном, который помог ему прояснить некоторые моменты он задумался о доказательстве теоремы. Через какое-то время он решил вернуться в родной Санкт-Петербург, где усердно принялся за работу.

В 2002 году Перельман опубликовал первую часть своей работы и отправил ее копию Шин Тун Яу, чтобы тот смог дать ей объективную оценку. Уже тогда ученому миру стало известно, что теорема Пуанкаре доказана. В течение нескольких месяцев Перельман опубликовал еще две части статьи, в которых была представлена его работа в очень сжатом виде.

В ученом мире принято так, что перед тем, как делается официальное заявление об открытии, его должны подтвердить несколько разных ученых, а только потом работа может быть официально опубликована. Прежде чем доказательство было опубликовано, теорема Пуанкаре-Перельмана была много раз подвергнута проверкам, а эта работа еще усложнялась тем фактом, что в ней использовалось значительное количество сокращений и было мало объяснений как для такого серьезного труда.

Тем не менее спустя некоторое время было признано, что Перельману удалось решить задачу, над которой бились многие поколения ученых.

Филдсовская премия

Эта премия вручается только раз в четыре года не более чем четырем ученым, которые внесли серьезный вклад в изучение математики. Ее удостоился и Перельман в 2006 году за доказательство но, как ни странно, он отказался от такой почетной награды и не присутствовал на вручении. По словам самого ученого, для него не важны почетные звания, ему принес удовольствие уже тот факт, что гипотеза доказана.

Теорема Пуанкаре являлась загадкой для множества ученых, но именно эксцентричный российский математик смог добиться ее решения и найти ответы на вопросы, которые продолжительное время волновали весь ученый мир.

Анри Пуанкаре (1854-1912), один из величайших математиков, в 1904 г. сформулировал знаменитую идею о деформированной трёхмерной сфере и в виде маленькой заметки на полях, помещённой в конце 65 страничной статьи, посвящённой совершенно другому вопросу, нацарапал несколько строчек довольно странной гипотезы со словами: «Ну этот вопрос может слишком далеко нас завести»…

Маркус Дю Сотой из Оксфордского университета считает, что теорема Пуанкаре — «это центральная проблема математики и физики , попытка понять какой формы может быть Вселенная , к ней очень трудно подобраться».

Раз в неделю Григорий Перельман ездил в Принстон, чтобы принять участие в семинаре «Института углублённых исследований». На семинаре один из математиков Гарвардского университета отвечает на вопрос Перельмана: «Теория Уильяма Тёрстона (1946-2012 гг., математик, труды в области «Трехмерной геометрии и топологии»), получившая название гипотезы геометризации описывает все возможные трёхмерные поверхности и является шагом вперёд по сравнению с гипотезой Пуанкаре. Если Вы докажете предположение Уильяма Тёрстона, то и гипотеза Пуанкаре распахнёт перед Вами все свои двери и более того её решение изменит весь топологический ландшафт современной науки ».

Шесть ведущих американских университетов в марте 2003 г. приглашают Перельмана прочесть цикл лекций, разъясняющих его работу. В апреле 2003 г. Перельман совершает научное турне. Его лекции становятся выдающимся научным событием. В Принстоне послушать его приезжают Джон Болл (председатель международного математического союза), Эндрю Уайлз (математик, работы в области арифметики эллиптических кривых, доказал теорему Ферма в 1994 г.), Джон Нэш (математик, работающий в области теории игр и дифференциальной геометрии).

Григорию Перельману удалось решить одну из семи задач тысячелетия и математически описать так называемою формулу Вселенной , доказать гипотезу Пуанкаре. Над этой гипотезой наиболее светлые умы бились более 100 лет, и за доказательство которой мировым математическим сообществом (математическим институтом имени Клэя) был обещан $1 млн. Её вручение прошло 8 июня 2010 г. Григорий Перельман не появился на ней, и у мирового математического сообщества «поотпадали челюсти».

В 2006 году за решение гипотезы Пуанкаре математику была присуждена высшая математическая награда - Филдсовская премия (медаль Филдса). Джон Болл лично посетил Санкт-Петербург с тем, чтобы уговорить принять премию. Её он принять отказался со словами: «Общество вряд ли способно всерьёз оценить мою работу ».

«Филдсовская премия (и медаль) вручается один раз в 4 года на каждом международном математическом конгрессе молодым учёным (моложе 40 лет), внёсшим заметный вклад в развитие математики. Помимо медали награждённым вручается 15 тыс. канадских долларов ($13 000)»

В исходной формулировке гипотеза Пуанкаре звучит следующим образом: «Всякое односвязное компактное трёхмерное многообразие без края гомеоморфно трёхмерной сфере». В переводе на общедоступный язык , это означает, что любой трёхмерный объект, например, стакан можно преобразовать в шар путём одной только деформации, то есть его не нужно будет ни разрезать, ни склеивать. Иными словами, Пуанкаре предположил, что пространство не трёхмерно, а содержит значительно большее число измерений , а Перельман спустя 100 лет математически это доказал .

Выражение Григория Перельмана теоремы Пуанкаре о преобразовании материи в другое состояние, форму имеет сходство со знаниями, изложенными в книге Анастасии Новых «Сэнсэй IV»: «По факту, вся эта бесконечная для нас Вселенная занимает место в миллиарды раз меньше, чем кончик самой тонкой медицинской иглы» . А также возможностью управления материальной Вселенной путём преобразований, вносимых Наблюдателем из контролирующих измерений выше шестого (с 7 по 72 включительно) (доклад « » тема «Эзоосмическая решётка»).

Григория Перельмана отличали аскетичность жизни, суровость предъявляемых как себе, так и к другим этических требований. Глядя на него складывается ощущение, что он только телесно проживает в общем со всеми остальными современниками пространстве , а Духовно в каком-то ином , где даже за $1 млн. не идут на самые «невинные» компромиссы с Совестью . И что это за пространство такое, и можно ли хоть краешком глаза посмотреть на него?..

Исключительная важность гипотезы , выдвинутой около века назад математиком Пуанкаре , касается трёхмерных структур и является ключевым элементом современных исследований основ мироздания . Загадка эта, по мнению специалистов института Клэя, одна из семи принципиально важных для развития математики будущего.

Перельман, отвергая медали и премии спрашивает: «А зачем они мне? Они мне совершенно ни к чему. Каждому понятно, если доказательство правильное, то никакого другого признания уже не требуется. Пока во мне не развилась подозрительность, у меня был выбор, либо сказать вслух о дезинтеграции математического сообщества в целом, в связи с его низким моральным уровнем, либо ничего не сказать и позволить обращаться с собой, как с быдлом. Теперь же, когда я стал более чем подозрительным, я не могу оставаться быдлом и продолжать молчать, поэтому мне остаётся только уйти».

Для того чтобы заниматься современной математикой нужно иметь тотально чистый ум, без малейшей примеси, которая дезинтегрирует его, дезориентирует, подменяет ценности, и принять эту премию означает продемонстрировать слабость. Идеальный учёный занимается только наукой, не заботится больше ни о чём (власть и капитал), у него должен быть чистый ум, а для Перельмана нет большей важности, чем жить в соответствии с этим идеалом. Полезно ли для математики вся эта затея с миллионами, и нужен ли настоящему учёному такой стимул? И это желание капитала купить и подчинить себе всё в этом мире разве не оскорбительно? Или можно продать свою чистоту за миллион? Деньги, сколько бы там их ни было, эквивалентны истине Души ? Ведь мы имеем дело с априорной оценкой проблем, к которым деньги просто не должны иметь отношения, разве не так?! Делать же из всего этого что-то вроде лото-миллион, или тотализатор, значит потакать дезинтеграции научного, да и человеческого сообщества в целом (см. доклад и в книге «АллатРа» последние 50 страниц о пути построения созидательного общества). И денежные средства (энергия), которые бизнесмены готовы отдавать на науку, если и надо использовать, то корректно, что ли, не унижая Дух подлинного служения , как ни верти, неоценимого денежным эквивалентом: «Что такое миллион, по сравнению , с чистотой, или Величием тех сфер (об измерениях глобальной Вселенной и о Духовном мире см. книгу «АллатРа» и доклад ) , в которые не способно проникнуть даже человеческое воображение (ум) ?! Что такое миллион звёздного неба для времени?!».

Приведем толкование остальных терминов, фигурирующих в формулировке гипотезы :

- Топология - (от греч. topos - место и logos - учение) - раздел математики, изучающий топологические свойства фигур, т.е. свойства, не изменяющиеся при любых деформациях, производимых без разрывов и склеиваний (точнее, при взаимно однозначных и непрерывных отображениях). Примерами топологических свойств фигур являются размерность, число кривых, ограничивающих данную область, и т.д. Так, окружность, эллипс, контур квадрата имеют одни и те же топологические свойства, т.к. эти линии могут быть деформированы одна в другую описанным выше образом; в то же время кольцо и круг обладают различными топологическими свойствами: круг ограничен одним контуром, а кольцо - двумя.

- Гомеоморфизм (греч. ομοιο - похожий, μορφη - форма) - взаимно однозначное соответствие между двумя топологическим пространствами, при котором оба взаимно обратных отображения, определяемые этим соответствием, непрерывны. Эти отображения называют гомеоморфными, или топологическими отображениями, а также гомеоморфизмами, а о пространствах говорят, что они принадлежат одному топологическому типу называются гомеоморфными, или топологически эквивалентными.

- Трёхмерное многообразие без края . Это такой геометрический объект, у которого каждая точка имеет окрестность в виде трёхмерного шара. Примерами 3-многообразий может служить, во-первых, всё трехмерное пространство, обозначаемое R3 , а также любые открытые множества точек в R3 , к примеру, внутренность полнотория (бублика). Если рассмотреть замкнутое полноторие, т.е. добавить и его граничные точки (поверхность тора), то мы получим уже многообразие с краем - у краевых точек нет окрестностей в виде шарика, но лишь в виде половинки шарика.

- Полното́рие (полното́рий) — геометрическое тело, гомеоморфное произведению двумерного диска и окружности D 2 * S 1 . Неформально, полноторие — бублик, тогда как тор — только его поверхность (пустотелая камера колеса).

- Односвязное . Оно означает, что любую непрерывную замкнутую кривую, расположенную целиком в пределах данного многообразия, можно плавно стянуть в точку, не покидая этого многообразия. Например, обычная двумерная сфера в R3 односвязна (кольцевую резинку, как угодно приложенную к поверхности яблока, можно плавной деформацией стянуть в одну точку, не отрывая резинки от яблока). С другой стороны, окружность и тор неодносвязны.

- Компактное. Многообразие компактно, если любой его гомеоморфный образ имеет ограниченные размеры. Например, открытый интервал на прямой (все точки отрезка, кроме его концов) некомпактен, так как его можно непрерывно растянуть до бесконечной прямой. А вот замкнутый отрезок (с концами) является компактным многообразием с краем: при любой непрерывной деформации концы переходят в какие-то определённые точки, и весь отрезок обязан переходить в ограниченную кривую, соединяющую эти точки.

Ильназ Башаров

Литература:

Доклад «ИСКОННАЯ ФИЗИКА АЛЛАТРА» интернациональной группы учёных Международного общественного движения «АЛЛАТРА» под ред. Анастасии Новых, 2015 г. ;

Новых. А. «АллатРа», К.: АллатРа, 2013 г.

По школьному курсу каждый знаком с понятиями теоремы и гипотезы. Как правило, в жизни затрагиваются самые простые и примитивные законы, в то время как математики делают очень сложные предположения и ставят интересные проблемы. Далеко не всегда им самим удается найти решения и доказательства, а в некоторых случаях над этим многие годы бьются их последователи и просто коллеги.

Институт Клея в 2000 году сформировал список из 7 так называемых Проблем Тысячелетия по аналогии с перечнем гипотез, составленным в 1900 году. Те задачи почти все оказались к настоящему времени решены, только одна из них перекочевала в обновленную версию. Сейчас список проблем выглядит следующим образом:

гипотеза Ходжа;
равенство классов P и NP;
гипотеза Пуанкаре;
теория Янга-Миллса;
гипотеза Римана;
существование и гладкость решения уравнений Навье-Стокса;
гипотеза Берча-Свиннертон-Дайера.

Все они относятся к различным дисциплинам внутри математики и имеют важное значение. Например, уравнения Навье-Стокса относятся к гидродинамике, а на практике могут описать поведение вещества в земной магме или пригодиться в предсказании погоды. Но все эти проблемы все еще ищут своего доказательства или опровержения. Кроме одной.

Теорема Пуанкаре

Объяснить простыми словами, в чем заключается эта проблема, довольно непросто, но попробовать можно. Представим себе сферу, к примеру, мыльный пузырь. Все точки его поверхности равноудалены от его центра, который ей не принадлежит. Но это двумерное тело, а гипотеза говорит о трехмерном. Это представить уже невозможно, но на то у нас и есть теоретическая математика. При этом, разумеется, все точки этого тела также будут удалены от центра.

Эта проблема относится к топологии - науке о свойствах геометрических фигур. И одним из базовых терминов в ней является гомеоморфность, то есть высокая степень схожести. Чтобы привести пример, можно представить шар и тор. Одну фигуру никак нельзя получить из другой, избежав разрывов, а вот конус, куб или цилиндр из первого получатся довольно легко. Вот гипотеза Пуанкаре и посвящена этим метаморфозам с одной лишь разницей - речь идет о многомерном пространстве и телах.

История

Французский математик Анри Пуанкаре занимался самыми разными областями науки. О его достижениях может сказать, к примеру, тот факт, что совершенно независимо от Альберта Эйнштейна он выдвинул основные положения специальной теории относительности. В 1904 году он поднял проблему доказательства того, что любое трехмерное тело, обладающее некоторыми свойствами сферы, ею и является с точностью до деформации. Позднее она была расширена и обобщена, и стала частным случаем гипотезы Терстона, сформулированной в 1982 году.

Формулировка

Пуанкаре изначально оставил такое утверждение: всякое односвязное компактное трёхмерное многообразие без края гомеоморфно трёхмерной сфере. В дальнейшем оно было расширено и обобщено. И все же на протяжении длительного времени именно изначальная задача вызывала больше всего проблем, и была решена лишь через 100 лет после ее появления.

Интерпретация и смысл

О том, что такое гомеоморфность, речь уже шла. Теперь стоит поговорить о компактности и односвязности. Первое означает лишь, что многообразие имеет ограниченные размеры, не может быть непрерывно и бесконечно растянуто.

Что касается односвязаности, можно попробовать привести простой пример. Двумерная сфера - яблоко - обладает одним интересным свойством. Если взять обычную замкнутую резинку и приложить ее к поверхности, то плавной деформацией ее можно свести в одну точку. Это и есть свойство односвязаности, но представить его применительно к трехмерному пространству довольно затруднительно.

Если говорить совсем просто, проблематика заключалась в том, чтобы доказать, что односвязность - уникальное для сферы свойство. И если, условно говоря, опыт с резинкой завершился с таким результатом, то тело гомеоморфно ей. Что же касается приложения этой теории к жизни, Пуанкаре считал, что Вселенная в некотором смысле и является трехмерной сферой.

Доказательство

Не стоит думать, что из десятков математиков, работавших по всему миру, никто не продвинулся ни на йоту, занимаясь этой проблемой. Наоборот, прогресс был, и в конце концов он привел к результату. Сам Пуанкаре не успел закончить работу, но его исследования серьезно продвинули всю топологию.

В 1930-х годах интерес к гипотезе вернулся. Прежде всего, формулировка была расширена до "n-мерного пространства", а потом американец Уайтхед сообщил об успешном доказательстве, позднее отказавшись от него. В 60-70-х сразу два математика - Смейл и Столлингс - практически одновременно, но разными способами разработали решение для всех n больше 4.

В 1982 году и для 4 было найдено доказательство, оставалось только 3. В том же году Терстон сформулирован гипотезу о геометризации, при этом теория Пуанкаре стала ее частным случаем.

На 20 лет гипотеза Пуанкаре была как будто забыта. В 2002 году российский математик Григорий Перельман представил решение в общих чертах, спустя полгода сделав некоторые дополнения. Уже позже это доказательство проверяли и доводили "до блеска" американские и китайские ученые. А сам Перельман словно потерял к проблеме весь интерес, хотя он решил более общую задачу о геометризации, для которой гипотеза Пуанкаре является лишь частным случаем.

Признание и оценки

Разумеется, это сразу стало сенсацией, ведь решение одной из Проблем Тысячелетия просто не могло оказаться незамеченным. Еще больше удивления вызывал тот факт, что Григорий Перельман отказался от всех наград и премий, сообщив, что ему и так прекрасно живется. В умах обывателей он сразу стал примером того самого полусумасшедшего гения, которого интересует только наука.

Все это вызвало много обсуждений в прессе и СМИ, что популярность математика стала его тяготить. Летом 2014 года прошла информация о том, что Перельман уехал работать в Швецию, но это оказалось лишь слухами, он все еще скромно живет в Санкт-Петербурге и почти ни с кем не общается. Среди наград, присужденных ему, были не только премия института Клея, но и престижная медаль Филдса, но он отказался от всего. Впрочем, Гамильтон, который по оценкам Перельмана сделал не меньший вклад в доказательство, тоже не был забыт. В 2009 и 2011 годах он также удостоился некоторых престижных наград и премий.

Отражение в культуре

Несмотря на то что для простых обывателей как постановка, так и решение этой проблемы представляют мало смысла, о доказательстве стало известно довольно быстро. В 2008 году по этому поводу японским режиссером Масахито Касуга был снят документальный фильм "Чары гипотезы Пуанкаре", посвященный столетним попыткам решить эту задачу.

В съемках приняли участие многие математики, занимавшиеся этой проблемой, но вот главный герой - Григорий Перельман - сделать этого не захотел. Более или менее близкие его знакомые также были задействованы в съемках. Документальный фильм, выйдя на экраны на волне общественного резонанса по поводу отказа ученого принять премию, в определенных кругах снискал славу, а также получил несколько наград. Что же касается массовой культуры, простые люди до сих пор гадают, какими доводами руководствовался петербургский математик, отказавшись взять деньги, когда он мог отдать их, например, на благотворительность.