June Huh 在他的普林斯顿大学办公室。
Caroline Gutman 为 Quanta 杂志
June Huh 经常发现自己迷失了方向。每天下午,他都会在普林斯顿大学附近散步,他是该校数学系的教授。在五月中旬的这一天,他正在穿过附近的高等研究院周围的树林——“你知道,”他一边说,一边考虑前方的岔路,“我不知道在哪里我们是”——不时停下来指出野生动物躲在树叶下或树后的微妙动作。在接下来的两个小时的漫游中,他发现了一对青蛙、一只红冠鸟、一只顶针大小的乌龟和一只脚快的狐狸,每一种动物都有自己的安静观察时刻。
“我非常擅长寻找东西,”他说。 “这是我的特殊能力之一。”
39 岁的 Huh 现在被授予菲尔兹奖,这是数学界的最高荣誉,因为他能够在数学领域漫游并找到正确的对象——然后他用这些对象让看似不同的几何学和组合学领域进行对话以新的和令人兴奋的方式相互交流。从研究生院开始,他解决了组合数学中的几个主要问题,通过其他数学分支开辟了一条迂回路线,以深入每个证明的核心。每次,找到那条路都类似于一个“小奇迹”,胡说。
对于他进入数学本身的道路,人们可能会说同样的话:它的特点是多次徘徊和一系列小奇迹。在他年轻的时候,Huh 并不想成为一名数学家。他对这个主题漠不关心,他从高中辍学成为一名诗人。在他的大学时代,他需要一次偶然的机会——以及许多失落的时刻——让他发现数学拥有他一直在寻找的东西。
尽管如此,数学家仍在努力证明这些性质。然后,似乎不知从何而来,呼来了。
作为硕士生,他曾跟随广中学习代数几何和奇点理论。该领域的主要研究对象称为代数簇,可以将其视为由某些方程定义的形状。有趣的是,与某些类型的代数簇相关联的是已知对数凹的数字——Huh 之所以知道这一点,是因为他的研究给他带来了偶然的方向。Huh 的关键想法是找到一种方法来构建一个代数簇,使得这些相关的数字正是原始问题中图形的色多项式的系数。
他的解决方案震惊了数学界。就在那时,密歇根大学拒绝了他的初始申请,并招募他进入他们的研究生课程。
Huh 的成就令人印象深刻,不仅仅是因为他解决了 Read 的猜想,而这个猜想长期以来似乎完全难以解决。他已经证明,在图的组合属性之下潜藏着更深层次的——几何学的——潜伏着。
数学家们也对他的举止印象深刻。他在会议上的演讲总是平易近人且具体。在与他交谈时,很明显他正在深入和广泛地思考他正在研究的概念。乔治亚理工学院的数学家马修贝克说:“对于一名研究生来说,他成熟得可笑。”贝克第一次见到他后,“我就想,这家伙是谁?”
根据 Huh 在密歇根大学的顾问Mircea Mustaţă的说法,他几乎不需要任何监督或指导。与大多数研究生不同,他已经有了一个计划,以及如何追求它的想法。 “他更像是一个同事,”穆斯塔茨说。 “他已经有了自己看待事物的方式。”
他的许多合作者指出,他非常谦虚和脚踏实地。当他得知自己赢得了菲尔兹奖时,“感觉并不那么好,”Huh 说。 “你当然很高兴,但内心深处,你有点担心他们最终会发现你实际上并没有那么好。我是一个相当优秀的数学家,但我值得菲尔兹奖吗?”
逃离太空
图实际上只是一种可以定义更通用结构的对象,称为拟阵。例如,考虑二维平面上的点。如果两个以上的点位于该平面的一条线上,则可以说这些点是“相关的”。拟阵是抽象对象,它们在各种不同的上下文中捕捉依赖和独立等概念——从图形到向量空间再到代数域。
就像图有与之相关的色多项式一样,有一些被称为特征多项式的方程附加到拟阵上。据推测,这些更一般对象的多项式也应该具有对数凹的系数。但是,Huh 用来证明 Read 猜想的技术仅适用于显示非常窄类拟阵的对数凹度,例如从图形中产生的拟阵。
与数学家Eric Katz一起,Huh扩大了这种证明可以适用的拟阵类别。他们遵循了各种各样的食谱。和以前一样,策略是从感兴趣的对象开始——这里是拟阵——并用它来构造一个代数簇。从那里,他们可以提取一个称为上同调环的对象,并使用它的一些属性来证明对数凹度。
只有一个问题。大多数拟阵没有任何几何基础,这意味着实际上没有代数变体与它们相关联。相反,Huh、Katz 和数学家Karim Adiprasito想出了一种方法,可以直接从拟阵中写下正确的上同调环,基本上是从零开始。然后,他们使用一套新的技术证明了它的表现就好像它来自一个实际的代数簇,尽管它不是。通过这样做,他们证明了所有拟阵的对数凹度,一劳永逸 地解决了被称为罗塔猜想的问题。 “它的工作原理非常了不起,”贝克说。
这项工作表明“你不需要空间来做几何,”Huh 说。 “这让我真正从根本上重新思考几何是什么。”它还将引导他解决许多其他问题,在那里他继续进一步推动这个想法,使他能够开发出更广泛的方法。
但是对于这项工作所需的所有特殊性,构建正确的上同调环需要大量的猜测和在黑暗中摸索。这是 Huh 特别喜欢的工作的一个方面。 “没有指导原则……没有明确定义的目标,”他说。 “你只需要猜测一下。”
Huh 的工作涉及研究拟阵的特性。这些抽象结构有时可能来自几何对象。
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这种缺乏意图也恰好反映了他在日常生活中的最佳运作方式。就好像他发现了一个完全符合他个性的数学程序。再一次,他发现“事情都是自己发生的,”胡说。
事物的核心
Huh 说话很慢,经常停顿,用词谨慎,以一种近乎冥想的平静、平和的方式表现自己。 “他不会那么容易兴奋,”威斯康星大学麦迪逊分校的数学家Botong Wang说,他与 Huh 合作研究了最近的一些重要结果。
他在做数学时也同样刻意地前进。初见时,王大惊。 “我有这种数学竞赛的经验,作为一名数学家,你必须聪明,你必须快,”他说。 “但六月正好相反。 ……如果你和他谈微积分问题五分钟,你会认为这个人不会通过资格考试。他很慢。”事实上,太慢了,以至于起初王认为他们在已经理解的简单问题上浪费了很多时间。但随后他意识到,Huh 正在以更深入的方式学习甚至看似简单的概念——而且正是以后来证明有用的方式。
“June 喜欢以正确的方式做事,”安大略省西部大学的数学家、Huh 的合作者之一Graham Denham说。
例如,Denham、Ardila 和 Huh 刚刚完成了一个 50 页的对与 Rota 猜想密切相关的问题的证明,当时 Huh 说他们应该花更多的时间来寻找一种更清晰、更有吸引力的方法。他认为那里有更好的解释,最好不要急于求成。 “费德里科和我说,哦,好吧,那么我们就扔掉那个,好吗?”德纳姆说。
花了两年时间才形成更好的论据。 “很高兴我们都获得了终身教职,”Ardila 说。但最终,Ardila 和 Denham 一致认为,额外的工作是值得的。他们的最终结果“完全不同,更深刻,并且[触及]事物的核心,”Ardila说。
Huh 保留了一小部分多面体——具有平坦侧面的几何对象。
这种方法不仅适用于 Huh 的数学工作。 2013年,他决定要学习烹饪。作为一个完全的初学者,他采用了每天制作同样的菜——一种简单的油意大利面——直到它完美的策略。六个月来,这正是他所做的。 (迄今为止,据金说,这是他唯一会做的菜。)
Huh的整个生活都建立在常规之上。 “我几乎所有的日子都完全一样,”他说。 “我对重复的容忍度很高。”他难以入睡,通常在凌晨 3 点左右醒来,然后去健身房,与妻子和两个儿子(一个 8 岁,另一个刚满 1 岁)吃早餐,然后送大儿子上学前到他的普林斯顿办公室。
办公室是空的,几乎是空的。有一张大桌子,一张用来睡觉的沙发——嗯,通常会在早上晚些时候打个盹——还有一张瑜伽垫铺在地板上(他说只是为了躺下;他实际上并不知道怎么做瑜伽)。没有书,只有几摞文件整齐地放在靠墙的架子上。角落里有一个吸尘器。 Huh 喜欢重复性的、无意识的活动,例如清洁、洗碗和将他读到的内容抄录到笔记本上的身体活动。
他经常在公共图书馆的儿童区工作,那里很吵。 “我不喜欢安静的地方,”他说。 “它让我昏昏欲睡。”呵呵,很多事情都是这么说的。
每天午饭后他都会去散步,然后回到办公室做更多的工作(除非他已经达到了他的三个小时的配额),然后才回家。晚上剩下的时间他都和家人一起度过。晚上 9 点左右,他们一起睡在一张大床上
这种对常规的偏好——以及被任何偏离常规的事物所累的倾向——有时会以极端的方式表现出来。例如,当他在密歇根完成博士学位时,“我会切断几乎所有其他的东西,”Huh 说。当他第一次搬到安娜堡时,他发现自己没有准备好迎接严寒的冬天。他的东西很少,他需要一条毯子。但当他查到如何去当地的购物中心时,他发现在后勤方面太难了。 “这超出了我的容忍程度,”他说。 “我不想把我的精力浪费在弄清楚如何从这里到那里。”相反,他走到附近的一家 CVS 药店,买了 10 块布和一个巨大的订书机,然后把这些块钉在一起做成毯子。
嗯,在普林斯顿的刘易斯科学图书馆。
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他一次有几个月靠冷冻比萨饼为生,因为他不想处理买杂货和做饭的事情。他只是想做数学。他将他生命中的那段时期描述为“几乎是修道士”。事实上,当时他真的只与另一个人——他的顾问穆斯塔塔——交谈一次。
金回忆起他还在伊利诺伊州时拜访 Huh,“在那之后,我真的重新考虑了我们的关系,”她说。 “我应该嫁给他吗?因为他[无法]掌握现实生活中的技能,生存技能。”
然而,她还是在 2014 年嫁给了他。他们搬到了普林斯顿,并开始在高等研究院工作。金是第一次在美国生活,用英语处理某些任务让她感到不舒服;她必须依靠 Huh 才能完成任务。 “我们只能说,她很失望,”他说。
那年晚些时候,金生下了他们的第一个儿子丹。在分娩时,她抓住了 Huh 在做数学。
“我的妻子是一个比我更平衡的人,”他说。 “生活有很多方面,而数学只是其中非常、非常、非常微小的一部分。”
“我是一个真正的工人,”金说。 “他是一个思想家。”
但是,她补充说,从那以后,Huh 有了很大的改善。当这对夫妇抚养丹时,“我学会了如何过更平衡的生活,”胡说。 “那是一个变革时期。”他和丹一起度过了很多时间——和他一起画画,解决丹为他创建的复杂数学练习册中的问题,并带他去书店和当地的其他地方。他甚至负责金要求他做的后勤任务,尽管很不情愿。 “我仍然不喜欢它,”他说,“但我的意思是,我们不能只靠装订好的毯子生活。”
现在他甚至可以远离数学。当他处于空闲状态时,他的思想不再回到解决问题上,当其他事情需要他时,他能够休息一下。
“他是一个完全不同的人,”金说。
重在顶部
无论如何,有些事情并没有改变。 Huh 仍然只能集中精力每天工作几个小时。 “其他人工作一小时,休息五分钟,”金说。 “他就像,一小时做别的事情,然后专注五分钟,十分钟。”
他对美的追求也没有改变。他经常会回到关于原木凹度或类似概念的问题,作为发掘这种美的一种方式。
例如,他、Wang 和其他合作者最近证明了一个关于点、线和平面配置的基本问题,称为 Dowling-Wilson “头重脚轻”猜想。考虑平面中有限的点集合,其中每对点都由一条线连接。数学家 Paul Erdős 和 Nicolaas Govert de Bruijn 表明,线的数量必须始终大于或等于点的数量(除非所有点都位于一条线上)。例如,考虑排列在正方形角上的四个点。线条勾勒出正方形并连接对角,总共有六条线。
头重脚轻的猜想概括了这个想法。不是平面,而是在一些高维空间中给定一组点。考虑连接点对的所有线、由三个点组成的平面、由四个点构成的三维子空间等等。现在考虑由这些数字构建的序列:点数、线数、平面数。比较该序列中对称位置的数字(第一个和最后一个数字,第二个和倒数第二个数字,等等)。对应于高维空间的数字将至少一样大——也就是说,序列是头重脚轻的。 (该序列也被推测为对数凹,但尚未被证明;到目前为止,Huh 和 Wang 已经证明该序列的前半部分是单峰的。)
美林谢尔曼/广达杂志
Huh 和 Wang 从 Huh 对罗塔猜想的工作中汲取了一些想法,但在这样做的过程中,他们不得不进一步推动他的计划。同样,他们正在研究拟阵、代数簇和上同调环。但是这一次他们必须找到的代数变体涉及奇点,当你放大它时,空间看起来与其他点不同。这使得构建正确的空间和证明它们的上同调环的某些性质变得更加复杂——并且更难以解决他们必须直接从拟阵构造这些环,而没有代数簇来引导它们的情况。
在他们解决这个问题的五年时间里,Huh 还开始研究一种方法来完成几何的突破。在那之前,他的大部分工作都涉及建立问题所需的精确上同调的艰巨任务。此外,一旦发现了上同调,数学家仍然需要证明它满足某些性质,这也可能需要数年时间。
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他(与数学家Petter Brändén 一起)开发的新理论能够完全绕过这些方法。它使他们能够解决一个称为强梅森猜想的问题(它询问有关拟阵中独立集的数量的问题),并且其他数学家已经用它以更直接的方式重新证明了罗塔的猜想。但更重要的是,它打开了寻找全新问题的大门,暗示了对为什么所有这些对数凹度陈述都是正确的更深层次的解释,并以刚刚开始探索的有趣方式与理论计算机科学中的问题相交。
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呵呵,在他工作的时候,几乎是潜意识里发生了一些事情。事实上,他通常无法追踪他的想法是如何或何时产生的。他没有突然闪现的洞察力。相反,“在某些时候,你会意识到,哦,我知道这一点,”他说。也许上周,他不明白什么,但现在,没有任何额外的输入,这些碎片在他没有意识到的情况下咔嗒一声就位了。他把它比作当你在做梦时,你的大脑会给你带来惊喜,并创造出意想不到的联系。 “人类大脑的能力真是令人惊讶,”他说。 “很高兴承认我们不知道发生了什么。”
也许这也与他身上的艺术家说话。他希望继续发现不同数学领域之间意想不到的联系。
贝克说:“他只是遵循他作为一名研究生……已经拥有的这个原始项目的愿景。” “看看限制是什么会很有趣。”
到目前为止,Huh还没有打到他们。数学家确信他会继续做出美丽的事情。
当被问及他是否会接受早期版本的艺术家自我并再次尝试写诗时,他耸了耸肩。 “也许。但我不知道,”他说。 “我非常喜欢别的东西。”
原文: https://www.quantamagazine.org/june-huh-high-school-dropout-wins-the-fields-medal-20220705/