“从现实生活中开始的一个问题,朋友们,我们要如何运送一箱橘子?”
玛丽娜·维亚佐夫斯卡站在台上脸上带着笑,目前菲尔兹奖历史上一共有两位女性得主,一个是玛利亚姆·米尔扎哈尼,不过很可惜她在17年就去世了。
另一个就是陈灵婴。
在陈灵婴没有证明出哥德巴赫猜想之前,很多人都觉得玛丽娜·维亚佐夫斯卡会成为菲尔兹史上的第二个女性得主。
“假设有个巨大的箱子以及数量巨多的球体,"玛丽娜·维亚佐夫斯卡按了下手中的红外遥控器,屏幕上出现了一张装满橘子的箱子的图片,x33
"同时简化一下问题,球体是刚性的不能被挤压,另外每个球都是相同大小。我们要尽可能多的在箱子里放置这些球。如果盒子很小,那么答案可能和盒子的形状有关。但如果盒子很大,形状的影响可以忽略不计,答案只取决于盒子的体积。“
这些橘子和箱子的问题在图片中非常清晰明了,不过还存在一个最大的可以用等大小球体填充的体积比,虽然在数学上需要做一些工作才能证明这一点。
”球体堆积问题就是找到这个最高比率,也称为球体堆积常数。”
有一个更为简单易懂的例子就是,如果我们降低一个维度,不选择将球体排布到3维空间中,而是将平面的圆放在一张纸上,那么这张纸最多能放下几个这样大小的圆?
“在2维空间中,最佳排布是蜂窝状排布,这是人类从自然界中得到的灵感。"
玛丽娜·维娅佐夫斯卡说道:“通常的蜂窝每个单元都是六边形,六边形整齐地组合在一起,彼此之间没有空间。如果您以相同的模式排布圆盘,确实会出现一点儿间隙,我们能证明这的确是最密集的排布。“
这样,我们就用这些同样大小的圆盘覆盖了90多一点的面积,
屏幕上出现一个公式,二维球体堆积常数的精确值为:
π√3/6≈09069
"三维空间的情形被称为开普勒猜想,400多年时间里依旧没有得到解决,三维空间里我们不止一个最佳堆积,我们有很多比率相等的最佳堆积。"
其中一种其实大家都在菜市场上见到过,小摊小贩们拉着满载橘子的车,他们喜欢将橘子摆成金字塔的形状。
而这种方式的堆积密度大约是74,更准确地来说,三维球体堆积常数的精确值为:x33
π/(3√2)≈07405