解决世纪难题,华人数学圈进入“奇迹年”!北大数学又赢麻了!

Published2025年3月10日

2024年底以来,华人数学圈喜报频传,华人数学家在多个世纪难题上都取得了突破性进展,网友广泛赞誉今年为 “华人数学奇迹年”。

先是斯坦福大学博士生 Anqi Li打破了牛顿提出的亲吻数问题58年的僵局;之后华人数学家唐云清参与的研究,找到了证明数的无理性的新方法。

3月初,华人数学圈又迎来了两条爆炸性消息,90后华人数学家王虹成功证实了Kakeya 集合猜想,破解了几何世纪难题,有望锁定数学界诺奖“菲利兹奖”;另一条振奋人心的消息是,芝加哥大学教授邓煜等人,解决了有着 125 年历史的希尔伯特第六问题!

回顾这些华人数学家的成长历程,他们大多有着顶尖学府的深造经历、国际化背景和自主思考的能力,并且在求学过程中得到了名师的指导。

值得一提的是,最近取得世纪性突破的王虹和邓煜,都毕业于北大数学系。不久前,被誉为“诺奖风向标”的斯隆研究奖2025年获奖名单中,也有5位北大数学校友获奖。

一些网友称,北大数学无愧是“数学第一系”,今年也被视为是北大数学的丰收之年。


01  重大突破!华人数学家“火力全开”


最近,华人数学界仿佛开挂了一般,一路狂飙,解决了几大困扰国际数学圈已久的世纪难题,极大推动了数学领域的发展。

先来看看最近在数学圈引起轩然大波的王虹。

2月26日,纽约大学库朗数学研究所数学副教授、90后华人数学家王虹与合作者Joshua Zahl,提交了一篇长达127页的论文,成功证实了几何测度中的一大世纪未解难题——Kakeya集合猜想在三维空间的情况。

Kakeya 集合猜想(又称“挂谷猜想”)可追溯到 1917 年,由日本数学家挂谷宗一提出。形象地说,就好比一位武士在狭小空间里,拿着一根短棒旋转一周,要挡住来自四面八方射来的箭。

那么,短棒扫过的最小面积是多少呢?在数学里,挂谷猜想研究的是在空间中转动单位线段且覆盖所有方向,所需的最小空间大小。

早期这一猜想取得了一些成果,例如在二维空间中证明了挂谷猜想成立,证明三维挂谷集合的维数下界至少为某个数值。

但这些方法,无法从根本上解决高维空间中 Kakeya集的维度问题,在二维中有效的一些论证,在三维及更高维度空间中也不再有效。

比如说,在三维空间里,Kakeya集的结构更加复杂,这些线段如何在空间中分布和相互作用,以及它们与整个空间维度的关系,都是未解决的难题。

王虹和 Joshua Zahl 运用非聚集条件、Wolff 公理、多尺度分析等技术,经过层层推导,证明了三维空间中 Kakeya 集的 Minkowski 和 Hausdorff 维度都等于 3。这一突破解决了这个困扰数学界长达百年的难题。

来源:https://www.aminer.cn/pub/67be871b163c01c85009b70d?fr=VEFU

如果论文通过同行评审,王虹极有可能成为中国首位获得菲尔兹奖的数学家,以及全球第三位获此殊荣的女性。

一个星期后,3月3日,数学圈又迎来了一则“爆炸”型消息——华人数学家邓煜、马骁,携手密歇根大学教授Zaher Hani ,解决了长达125年、著名的希尔伯特第六问题。

所谓希尔伯特第六问题,可以追溯到1900年德国数学家大卫·希尔伯特提出的23道难题,其中,我们熟悉的黎曼猜想、哥德巴赫猜想都被列入其中。这次的“第六问题”,指的是用数学公理化的方法来推导物理。

具体而言,是从牛顿运动定律出发,借助玻尔兹曼动力学理论,推导出流体力学的基本方程。

但问题在于,牛顿运动定律和玻尔兹曼方程“性格迥异”,一个可逆,一个不可逆,给推导带来了巨大挑战。

不过,邓煜团队没有被困难吓倒。2024年,三人用164页的论文,从稀薄气体硬球系统严格推导了玻尔兹曼动力学方程,迈出了关键一步。

今年,他们一鼓作气,又在二维和三维周期环面上推导了玻尔兹曼方程,并成功推导出可压缩流体的欧拉方程以及不可压缩条件下的 Navier - Stokes - Fourier 方程,完成了希尔伯特第六问题的方案,有望和王虹一样,一同冲刺“菲利兹奖”。

来源:https://www.aminer.cn/pub/67c6838b163c01c850b8e34a?fr=HSP

再来看斯坦福华人博士Anqi Li和她解决的牛顿亲吻数问题。

亲吻数问题源于 1694 年牛顿和大卫・格雷戈里的讨论,简单来说,就是在不同维度的空间中,一个球体最多能与几个相同球体接触且不发生重叠。

想象一下,在桌上放一枚硬币,周围最多能摆 6 枚硬币和它紧紧挨着,这就是二维空间的亲吻数。到了三维空间,一个球最多能和 12 个同样的球接触,但到了高维空间,这个问题就变得更加复杂,像一团乱麻。

Anqi Li 另辟蹊径,通过改变 Barnes - Wall 格中坐标负号个数的奇偶性,成功将 17 维空间的亲吻数下界从 5346 提高到了5730 。这一成果不仅让数学界对高维空间球体排列有了新认识,对于通信领域的编码纠错问题,也有很大的帮助。

来源:https://www.aminer.cn/pub/672d7d3101d2a3fbfc4628fe?fr=IKN

另一鼓舞人心的消息,是2022年拉马努金奖得主、华人数学家唐云清参与的研究,在证明“数的无理性”这一数学难题上取得了重要进展。

1978年,罗杰・阿培里证明了 数学中最著名的数之一——ζ(3)(zeta of 3) 是无理数,但他的证明方法难以推广。如今,唐云清与合作者,成功拓展了阿培里的方法,证明了无限多个类似 zeta 的值的无理性,如经典狄利克雷 L - 值,还确立了 1、ζ(2) 和\(L(2, \chi_{-3})\)的Q-线性独立性。


02  成长秘籍:年轻一代华人数学家如何崛起?


实际上,这些华人数学家的成功并非偶然,他们在学术道路上有着诸多共同之处。

他们大多接受过顶尖学府的优质教育,受到过国际前沿研究的滋养,丰富的求学经历让他们能够汲取多元的学术养分。

Anqi Li本科毕业于 MIT,硕士毕业于剑桥大学,目前在斯坦福大学攻读博士学位。王虹本科就读于北京大学数学科学学院,师从王立中教授和刘张炬教授,之后相继在巴黎综合理工学院和纽约大学深造。

王虹的学术主页

来源:https://www.aminer.cn/53f58d35dabfaed5b8f804ab?fr=WH

而邓煜则毕业于深圳高级中学,本科在北大,后转学到 MIT,博士毕业于普林斯顿;马骁毕业于中科大,博士毕业于普林斯顿,之后在密歇根大学从事博后研究,并担任助理教授。

有趣的是,这些华人数学家早前的经历也很“传奇”。王虹 5 岁入学,两次跳级,16岁就考入北大,展现出了极高的天赋。马骁毕业于著名的中科大少年班。邓煜学生时代成绩优异,获得过国际数学奥林匹克竞赛 IMO 的金牌。

在复杂的数学难题面前,他有持之以恒的专注力。邓煜曾在知乎上分享在 MIT 求学时,最多时每天工作 8 小时 40 分钟,曾花一个星期读完 85 页的论文,验证和给每一个细节挑错。

值得一提的是,王虹和邓煜都毕业于北大07 级,在不同的数学领域取得了突破。

数学界“以大师育大师” 的良性循环也在他们身上体现得淋漓尽致。Anqi Li就读期间得到过 Henry Cohn、华人数学家赵宇飞等众多名师的指导。王虹的论文合作者Joshua Zahl是陶哲轩的学生,在论证过程中,他们参考了陶哲轩等数学家的研究方法,在王虹发表论文后,陶哲轩也在社交媒体上称赞。而邓煜的合作导师 Zaher Hani也师从陶哲轩。这种学术传承的风气促进了数学研究新思想的产生。


03  未来可期,华人数学界有无限可能

总的来说,华人数学家在这一年取得的突破,不仅解决了长期以来困扰数学界的难题,更重要的是,让国际学术界看到了年轻一代华人数学家的崛起和中国数学的希望,看到了中国数学教育和科研环境不断改善的结果。

2月22日,丘成桐在接受《中国科学报》专访时表示,2030年后的中国数学,将有实力达到世界最顶尖水平;国际数学界最高级别的终身成就奖“陈省身奖”、有数学界诺贝尔奖之称的“菲尔兹奖”有望花落中国。

从 2025 年华人数学家的卓越表现来看,这一预言正逐渐成为现实。相信接下来,华人数学界的奇迹仍会续写。