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第94章 数学不看身份证

陆知行的话让c216安静了一下。

顾南舟看著他,又看了一眼江临。

直到这时候,他的大脑才像是从亢奋的数学推演中被强行拽回现实,开始意识到一个荒谬的细节。

过去整整一个小时,c216討论室里所有人的注意力,全都犹如被磁石吸附一般,钉在那几张草稿纸上。

他们验算边缘,检查顶点,穷举局部拓扑结构,甚至在脑海中疯狂构建著二维平面上的层级结构。

那是纯粹的数学世界,在那个世界里,没有年龄,没有学歷,只有逻辑。

但他们还没有真正確认江临的身份。

“陆教授,我再確认一句,江临现在是你们物理学院的硕士,还是博士?”

陆知行沉默了一瞬。

他太清楚这句话对顾南舟,对整个数学界意味著什么。他直视著顾南舟的眼睛,说:“都不是。”

顾南舟怔了一下,隨即眉头紧锁,脑海中闪过江大拔尖人才培养计划的名单:“本科生,少年班的?”

“也不是。”

陆知行的回答依旧简短,但每一个字都像是一把重锤。

陈彦下意识抬起头,眼神中充满了迷茫和震惊。

顾南舟的目光一点点落回江临身上。

陆知行深吸了一口气,终於將那个足以撕裂常识的答案说了出来:“他是江城七中的高中生,还有一个多月高考。”

这句话落下去,c216像被人按下了静音键。

陈彦的嘴唇动了动,似乎想笑,但面部肌肉完全不听使唤,最终只是低声重复了一遍:“高中生?”

这算什么?

一个正在复习五年高考三年模擬的高三学生,跑到江大数学系的专业读书班上,隨手画出了一块可能解决离散几何领域长达六十年悬而未决的爱因斯坦难题的非周期单砖?

顾南舟的第一反应不是质疑。

因为如果是质疑,他在看到那张局部邻域表的时候就已经质疑过了。

他的反应是重新看江临的脸。

刚才他一直在看纸,看边,看角,看那张用代数拓扑学语言隱晦表达的表格。

直到这一刻,他才真正注意到,坐在这间討论室里旁听,只用普通中华铅笔画出那块十三边形的学生,脸上果然还带著少年人未完全褪去的轮廓。

果然,天才出少年吗?

还是说,数学的上帝今天决定在江大开一个荒诞的玩笑?

顾南舟深吸一口气,强行压下胸腔里翻滚的巨浪,理智告诉他,现在不是震惊的时候。

他转过身,对周遭还在围观看热闹,同样被震得大脑宕机的学生说:“同学们,今天读书班已经结束,內容大家回去自己再消化消化。关於这张图,这块多边形的事,出门之后別提。在没有经过严格的形式化验证之前,这还只是一个思想实验。”

学生们面面相覷,但导师既然已经叫散,且语气中带著不容置疑的威严,他们也只能陆续收拾书包离开。

有人走到门口,又忍不住回头看了一眼那个似乎对周遭一切震惊都无动於衷的少年,欲言又止,终究没说什么。

很快,略显宽敞的教室里只剩下顾南舟、陈彦、江临和陆知行四个人。

顾南舟转过身,眼神已经恢復了作为江大数学系中坚力量的冷静。

他说:“身份的事放一边,先验砖。”

验砖这两个字说出来以后,屋里那种漂浮在半空中令人眩晕的震惊才终於落回地面,找到了重力的支点。

对。

先验砖。

不管是高三生、本科生,还是菲尔兹奖得主。

数学不看身份证,不查户口本。

它只看你的逻辑链条是否闭合,只看你有没有把问题彻彻底底地解决。

顾南舟拿出手机。

南大那边的信息一条接著一条地弹出来。

【顾南舟,我认真问你,你是不是在预印本网站上看到个未发表的粗糙构造,自己没核对就激动了?】

在这个圈子里,越是惊人的消息,越要先假设它是假的。

自从1961年王浩提出王氏砖並猜测任何可以铺满平面的图块集都可以周期性铺满以来,这个领域见证了太多次的希望与幻灭。

1966年,robert berger证明了王浩的猜测是错的,並给出了第一组非周期图块,但那需要20426块砖。

后来,robinson將其降到了6块。

再后来,罗杰·彭罗斯用飞鏢和风箏將其降到了著名的2块。

几十年来,全世界的顶尖大脑都在寻找那一块砖。

一块能够且仅能以非周期方式铺满无限二维平面的单一连通图块。

socolar和taylor在2010年找到过一块,但那块砖是不连通的,或者需要复杂的匹配规则,在纯粹的几何拓扑上並不完美。

现在,有人说找到了一块纯粹的,没有任何附加匹配规则的单一多边形?

对方发来这条信息,不是在质疑顾南舟的眼光,而是在替他兜底。

万一是误判,现在收手还来得及,不至於惊动上面那条线,召开正式研討会之后再尷尬收场。

顾南舟手指飞快地在屏幕上敲击,回了四个字。

【现场画的。】

那头沉默了几秒,仿佛能顺著电波感受到对方倒吸凉气的声音。

【你的学生?】

顾南舟看了一眼江临。

【不是,隔壁物理学院青年pi带来的掛名学生。】

说话间,陈彦已经將会议室的投影连上,又满头大汗地跑去隔壁教研室借来了一台高精度扫描仪。

他小心翼翼地,仿佛对待孤本一般,把江临刚才画的几张纸一页一页扫进电脑。

陈彦看著屏幕,手都在抖。

文件名被顾南舟临时要求命名为:预核_江_扫描件.pdf。

“现在它还只是候选构造,在完整证明和覆核完成之前,不要把它称作定理,也不要对外说已经解决。”顾南舟对江临解释了一句临时命名的问题,语气中带著保护的意味。

陆知行表示没问题,他懂这些规矩。

江临更是不会说什么。

他连个大学生都不是,关於预印本,候选构造这些学术圈的规矩和潜规则,他是不怎么清楚的。

他只是站在那里,看著自己脑海中推演了无数遍的几何结构被放大在幕布上。

十几分钟后,加密视频会议接通。

投影幕布被均分为左右两块。

左边出现一个五十岁左右的男人,头髮花白,戴著厚厚的无框眼镜,背景是堆满了外文期刊、列印纸和各种多面体模型的办公室。

顾南舟沉声介绍:“江临,陆教授,这位是林照野教授,南大数学系,做离散几何与组合拓扑的权威。”

右边是一个四十多岁的女人,一头干练的短髮,戴著黑框眼镜。

她身后的白板上还残留著几组准晶衍射图和密密麻麻的投影关係。

“邵明棠教授,中科院理论物理所,做准晶和非周期材料结构的专家。”

这是顾南舟先前通过简讯紧急邀请的两位离散领域的绝对专家。

原本这种级別的非正式会面极难凑齐,但这二位大佬在经过初步沟通、看了顾南舟拍过去的一个残缺局部图后,已经等不及今晚的常规通话了。

他们推掉了晚上的会议,只想儘快看一看这个传说中的单砖。

两个人上线后,顾南舟极其简练地介绍了一下江临与陆知行。

视频两头彼此之间都没有任何多余的寒暄。

到了他们这个级別,废话是对时间的褻瀆。

林照野看著屏幕,五分钟后,他缓缓开口:“这就是你说的那块,本不该存在於二维平面的砖?”

顾南舟点点头:“候选,目前只是候选。”

林照野点点头:“好,先按候选看看,边缘角度是不是全都是π/6的整数倍?”

江临站在桌边,语气很平:“是的,所有角都落在同一套30°辅助网格上,边长也只取有限几类比例。真正要验证的,不是视觉像不像,而是这套有限角型能不能封闭成完整的局部状態表。”

“原稿现在在谁手里?”邵明棠插话道。

顾南舟把手按在那个硬壳文件夹上:“在这里,陆知行教授也在场作证。”

邵明棠的语气不容置疑:“先別公开,不要发微信群,不要发朋友圈,不要在任何社交媒体上留痕,更不要让刚才那些学生拍照外传。如果这东西是真的,这就是本世纪几何学最大的突破之一。如果是假的,提前走漏风声会让江大数学系沦为国际笑柄。”

顾南舟看了一眼陈彦。

陈彦立刻像触电一样把手机反扣在桌上,屏幕朝下,甚至举起双手示意:“明白,绝对保密。”

林照野推了推眼镜,身子前倾,仿佛要从屏幕里钻出来:“开始吧,先別急著说它能不能抵御周期性,咱们一步一步来。第一步,先证明它不是你信手涂鸦画出来的死胡同。”

顾南舟敲击键盘,把江临刚才画的几块由单砖组合而成的拼接图放大。

林照野盯著那些齿轮般咬合的边缘,问了一个最根本的问题:“它能不能铺满?”

在数学上,铺满意味著覆盖整个r2平面,且没有任何缝隙,也没有任何重叠。

“能。”

江临站在桌边,神色依旧没有起伏。

“怎么铺?”林照野追问,眼神极具压迫感,“你不能给我看一个局部的漂亮图案,就告诉我它能延伸到无限大,我需要构造法。”

江临走上前,指著图上被他標记为四类的大块结构。

“这四类大块,我暂时叫它们一型(h)、二型(t)、三型(p)、四型(f)。它们本质上是由不同数量、不同朝向的同一种单砖拼出来的超图块。而铺满平面的核心在於,每一类大块,又可以继续由更小的,按照严格比例缩放的一型、二型、三型、四型构成。”

林照野眉头微皱,脑海中迅速构建代数关係:“意思是,大砖由小砖拼,小砖又能组成更大的大砖?一个递归的替换系统?”

“对,它的膨胀係数並非简单的整数。”江临回答,“这意味著它在进行高阶合成时,边界会產生极其复杂的非线性咬合。”

林照野没有立刻说好。

他太有经验了,很快就指出了其中的陷阱:“一层套一层,能无限放大,在代数上成立,但不等於它在几何拓扑上能盖住整张无限大的平面。你可能只是构造了一个不断膨胀的孤岛,而在孤岛之外,存在它无法触及的真空。”

江临点头,显然他早就思考过这个问题:“对,无限放大只是证明了对於任意给定的正整数n,第n阶超图块是存在的,且可以由基础单砖无缝拼接。但为了覆盖 r2,还要保证后一层(第n+1阶)在几何上完全包容前一层(第n阶),且这种包容的尺度度量隨著n→∞发散到无穷。”

“所以呢?”邵明棠在视频那头插话。

“所以,我们可以利用拓扑学上的紧致性原理。”

江临看著屏幕上的白板图,语速不疾不徐。

“在这个构造规则下,在二维平面上隨便取任意一个坐標点p(x,y),隨著层级n的增加,第n阶大块的边界会以指数级向外扩张。这个点p早晚会落进某一个n阶大块的內部。没有任何一个实数域上的点能逃脱这个极限的覆盖。这样,整张平面才算被彻底盖满,不会出现越长越偏,把远处漏掉的病態拓扑结构。”

林照野盯著那张错综复杂的替代图看了足足十分钟。

大脑疯狂运转,试图在这套递归逻辑中寻找漏洞,但他发现,至少在直觉上,这个年轻人给出的覆盖闭环是自洽的。

“这一步,先记著。我暂时接受你的覆盖存在性。”林照野说,语气依然严厉,“但是,能给出一种无限铺法,绝不等於它不能退化成周期铺法。很多图块既能非周期铺,也能周期铺,我们要的是强制非周期。”

邵明棠接过话茬,直击要害:“也不等於所有铺法都会乖乖按你这套层级结构长。也许在宇宙的某个角落,这块砖能以一种你完全没想到的,不符合这四类大块规则的方式,周期性地排满平面。”

顾南舟站在一旁,没有替江临说话,陆知行也没有。

这时候没人该替他说话,也不能替他说话。

在纯粹理性的审判庭上,只有逻辑本身才是最好的辩护律师。

江临自己点了点头,仿佛一切都在他的计算之中:“所以,第二步是强迫。”

林照野眯起眼睛:“说白一点,不要掉书袋。”

江临想了想,放弃了使用复杂的图灵机状態转换比喻,换了一个最底层的说法。

“第一步,是我告诉你,这块砖可以这样铺。这只是存在性。”

“第二步,是我要证明,你不管愿不愿意,一旦你把这块砖放在桌子上,开始向外拼接,最后它都会通过局部边界的凹凸咬合,被迫且只能被迫形成我给出的那四类大块的宏观结构。”

林照野终於开始頷首:“继续。”

江临把那张密密麻麻的局部邻域表推到扫描仪旁边,陈彦手忙脚乱地配合,將页面在投影上放大。

屏幕上出现一张极其繁复的表格。

每一行,都是一种局部拼接的几何构型。

左边:某个特定凹口或凸角周围,根据內角要求,可能接入的其他单砖的姿態。

中间:標註该组合是否在纯几何上合法(无重叠、无缝隙)。

右边:標註该合法组合在向外延展时,最后会被迫归入哪一类大块,或者在哪一步彻底走进死胡同。

林照野看了一眼表格的行数,一针见血地直接发问:“你怎么知道你列全了?”

非周期铺砌的证明中,最怕的就是穷举遗漏。

如果你漏掉了一种合法的拼法,而那种拼法恰好能导向一个平凡的周期结构,那么前面所有的宏观大厦都会在瞬间坍塌。

江临回答得毫不犹豫:“我没有去列无限平面。”

“什么意思?”林照野眉头皱得更深。

“无限平面的铺法是一个不可数集,列不完。”江临说,“但我列的,是顶点周围那一圈的局部情形。”

他拿起铅笔,在白纸上画了一个极其锐利的凹口。

“这块单砖能贡献的角,全都是30°的整数倍。我们在平面上绕著任意一个顶点转一圈,总和必然是 360°,正好是十二个 30°扇形。”

江临的笔尖在纸上点出十二个刻度。

“所以,围著一个顶点,所有可能拼上的单砖角度组合,是一个严密的有限集合。这是一个简单的组合数学问题,不是无穷多种。”

他又迅速画出几种接法,齿轮般的边缘在纸上咬合。

“有的组合,局部完全接得上。”

“但有的组合,看起来在这个顶点处接上了,只要你再往外逼迫一步,补一圈砖,就会在次级邻域冒出一个形状极其诡异的缺口,一个面积不足以塞进哪怕半块单砖的死穴。”

他在那个假想的缺口上画了一个重重的叉。

“这种,就是死胡同。它在局部第一层欺骗了你,但在第二层就会因为几何空间的排他性而崩溃。”

林照野一边入神地听著,一边在脑海里验算江临所说的十二个扇形的组合数。

江临继续输出他的逻辑:“所以,我们要验的不是整张无限平面,而是所有可能出现的顶点局部情形(有限集)。每一种合法的局部情形往外长一步,要么它会顺理成章地变成那四类大块的內部核心,要么它就会立刻死掉,没有任何中间態。”

他顿了一下,补充了一个计算机科学的概念。 “这跟搜索器算法中剪枝砍掉死路的逻辑是同一件事。”

林照野没有听过江临个人的那个什么搜索器,但他懂计算复杂性理论。

“也就是说,你利用了顶点的离散角度限制,把无限的铺法空间,压缩成了一张有限的可计算的局部情形状態表?”

“对。”江临回答。

“有限表理论上可行,但最怕两件事。一是由於人工计算失误导致的漏项,二是误判死路。你以为它死了,但其实通过翻转或平移另一块砖,它能活过来。”

邵明棠第一次针对技术细节开口。

江临点头,表示同意这种苛刻的怀疑:“所以,表里標记的每一条死路,我都写清楚了它具体死在哪一步,死在哪个角度的衝突上。”

陈彦咽了口唾沫,移动滑鼠,把表格的第十七行放大。

那一行旁边画著一个极度扭曲的凹口,一个突兀的凸边,以及一个猩红的红叉。

林照野死死盯著屏幕上的第十七行:“这一行,问题到底出在哪?”

江临只看了一眼那熟悉的拓扑图: “它满足內角和等於360°,局部看,它的確是合法的。”

“哦?”林照野挑眉。

“它在第一个顶点上確实能完美闭合,所有多边形的角凑得齐。”江临在白纸上重新手绘那种接法,线条流畅得不可思议,“所以,如果只看这中心的一个点,你挑不出任何毛病,算法在这个节点会返回true。”

说著,江临的笔锋一转,开始沿著外围补第二圈。

“但是,当我们基於这个合法的核心延展一步,外部边界的约束力开始发挥作用。这里会逼出一个被几条边框死的空间。”

他重重地圈出左上角的一个尖角,然后用笔尖敲了敲那个空间。

“由於周围砖块的刚性结构,这个留出来的角被卡死在了150°,但它的边缘轮廓却要求填入一个带有90°和60°凸起的形状。我们这块砖,无论怎么旋转,都无法同时满足这两种约束,再没有任何一块砖能补进去。”

陈彦在旁边听得冷汗直冒,下意识脱口而出:“所以,它不是当场出现矛盾,它是延展一步甚至两步之后,才暴露出拓扑上的不可调和性?”

“对。”江临看了一眼陈彦,“这也是为什么很多单砖在初步测试时看起来能铺平,但很快就会崩溃。所以不能只验一个绝对孤立的顶点,要看它作为整体的局部邻域往外长一圈,会向外界逼出什么强制条件。”

视频那头,林照野的手指在桌面上轻轻敲击著,发出噠噠噠的声音。

每一声都像是敲在陈彦和顾南舟的心臟上。

长达十秒的思考后,林照野缓缓开口:“这个解释,逻辑严密,能写进论文的附录作为核心引理。”

这句话一出,c216里好几个人都不由自主地鬆了一大口气。

陈彦甚至感觉自己腿都软了一下。

能写进附录,不代表最终过关。

但至少说明,在顶尖专家的眼里,江临不是在异想天开地胡说八道。他的证明框架是正统的,符合现代数学分析標准的。

然而,邵明棠却没有轻易放过。

作为准晶领域的顶级学者,她见识过太多在微观上完美无缺,却在宏观组装上出大问题的模型。

“顶点局部强迫,確实能压制住自由度,暂时算你有明確的思路。” 邵明棠的目光透过屏幕,锐利地钉在江临身上, “但我关心另一件更重要的事。”

“什么?”江临抬起头。

“你说所有铺法都会被迫分成这四类大块,可是,这只是展开』过程。如果反过来,把一个已经铺好的平面往回收,做逆向的合成,这个分法,唯一吗?”

这句话一出来,刚刚还在敲桌子的林照野,眼神微微一变。

这確实是一个大问题。

把铺好的海量小砖往回收,合併成上一层的大块,这个动作在非周期铺砌的数学语言里叫做合成或逆替代。

如果同一片区域的几块单砖,一会儿能被划分合成一型大块的一部分,一会儿又能在逻辑上被解释为二型大块的一部分,那所谓的严格层级就彻底模糊了。

层级一模糊,就意味著它失去了唯一的代数编码。

后面利用层级无限放大来反证周期性存在的基石,就会轰然倒塌。

然而江临没有立刻顺著邵明棠的话说唯一。

他极其冷静地陈述了一个事实:“底层边界上的每一块砖归到哪一类大块,不完全唯一。”

陈彦猛地抬头,心跳骤停。

不唯一?

那不是全完了?

林照野也危险地眯起了眼睛,似乎在评估这个年轻人是不是在玩火。

邵明棠的声音提高了一度:“没有唯一性,你的层级树就会出现分叉,周期性反证根本无从谈起,你后继的证明还怎么走?”

“因为我要的本来就不是每一块底层小砖的归属绝对唯一。”

江临拿起笔,在投影出来的其中一条极其蜿蜒的大块边界上,画了两排交错的小砖。

“看这里。”他指著屏幕,“在两个大块交界的边缘带,確实存在少数几块砖,它们既可以被划进左边的大块,也可以被划进右边的大块,这在局部上產生了多义性。”

“但这仅仅只是在边界线上极其有限的来回游离。”

江临用粗黑的马克笔,直接在那两排小砖的中央,粗暴地画出了一条贯穿前后的宏观边界线,一条属於更高阶超图块的骨架线。

“它永远无法渗透进大块的核心。它绝对不会改变更高一层的拓扑骨架。”

为了让纯理论更加具象,江临用了一个直白的比喻。

“就像两个村子之间的一条土路,路边散落的几块石头,你可以说是左边村子的,也可以为了占便宜吵架说是右边村子的。局部上,归属权模糊。”

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