数学联合会议上的结趣

加入我们的科学爱好者社区!

本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


数学家们于 2013 年 1 月 11 日在数学联合会议的结主题“快闪”活动中,试图解开人体结。 图片来源:美国数学会

任何有项链或系带鞋的人都有一些关于结的亲身经历,但信不信由你(结?),有一个完整的数学学科致力于研究结和一些密切相关的概念。数学上的结几乎就像现实世界中的结,但它不能有任何末端。因此,如果你想到鞋带,想象一下把它打成一个普通的结,然后把鞋带头粘在一起。(好吧,我只是想炫耀一下我知道“鞋带头”这个词。它是你鞋带末端的小塑料片。)我不研究纽结理论,但我发现在数学联合会议上我两次接触到数学上的结,这比大多数周都多两次。

我的第一次结体验是在星期四下午的联合颁奖会议期间。这是数学界聚在一起互相祝贺的时候。奖项颁发给研究(包括伊恩·阿戈尔的奥斯瓦尔德·维布伦几何奖,他的一些工作在这篇由埃丽卡·克拉里奇撰写的精彩文章和丹尼尔·怀斯中有所描述)、教学、为数学界服务以及公共传播和推广。《大众科学》的读者可能有兴趣了解约翰·艾伦·保罗斯,他是几本关于数学的畅销书的作者,包括《数字盲》和《数学家读报纸》,以及《大众科学》和其他杂志上的许多文章,获得了联合政策委员会颁发的数学传播奖。


关于支持科学新闻报道

如果您喜欢这篇文章,请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。 通过购买订阅,您正在帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和思想的具有影响力的故事的未来。


墨菲凯特·蒙蒂,今年爱丽丝·T·谢弗奖的获得者。 图片来源:伊芙琳·兰姆

但作为一名年轻的女性数学家,我最兴奋的是本科女性数学卓越奖爱丽丝·T·谢弗奖,该奖项由妇女数学协会每年颁发。 今年的获奖者是圣母大学的大四学生墨菲凯特·蒙蒂。

蒙蒂的研究主要集中在纽结理论领域。数学家通常使用结的“投影”或图表,即用二维方式绘制它们。有时,同一个结的两个图代表三维空间中的同一个结,只是从不同的角度或结的“绳索”被晃动过。允许任何程度的拉伸和扭曲,但结不能被切断。例如,你可以看到下面的两个图代表同一个结。(它只是一个无聊的圆圈,也称为无结。)

两个结图。

纽结理论学家要解决的问题之一是如何区分结图。不难看出上面的两张图片是等价的,但有时可能会更棘手。例如,下面是另一个无结的图片。因此,有可能展开并解开这个家伙以得到一个规则的圆圈,但我肯定很难做到。

莫温·西斯尔思韦特描述的棘手无结,由维基共享资源用户 Stannered 创建。

在蒙蒂与人合著的论文之一 [pdf] 中,她和她的同事开发了一种新的创建结投影的方法,她将其描述为“雏菊形”。这种投影不是分离一个股线穿过另一股线的所有交叉点,而是将所有交叉点推到一个点,并用环或“花瓣”包围它。

结的“花瓣投影”。 数字编码有关中心点交叉顺序的信息。 图片来源:亚当斯、蒙蒂等人。

他们使用这种投影来开发一种新的结不变量,该不变量可用于区分两个不同的结。不变量有点像过滤器或筛子。它通常为结图分配一个数字或多项式表达式。绘制同一结的任何两种不同方式都需要产生相同的数字或表达式,否则它作为不变量就几乎毫无用处,但有些不变量比其他不变量更敏感,在某种意义上是更精细的筛子。蒙蒂的研究表明,新的结不变量尽可能敏感:它可以唯一地区分结,这很不寻常。但这种敏感性是有代价的。对于复杂的图表来说,计算起来可能很困难,如果你无法计算不变量,你就无法使用其强大的灵敏度属性。

蒙蒂说,她和她的同事们对如何继续这个项目有一些想法,她期待着无论去哪里读研究生都能探索数学。我只和她谈了几分钟,但她绝对让我对冉冉升起的年轻数学家感到乐观!

我的第二次结体验是星期五中午参加“快闪结”活动。最初的想法是快闪重演黛安娜·戴维斯获奖作品“舞蹈博士”的一部分,但后来决定人体结更容易实施,并且可以吸引更多人参与。因此,中午,我们一群人站在展览厅外面,手拉着手,变成了一个巨大的人体结。我们试图尽可能地解开自己,但在我们能够确定它是否是无结之前,这个结就解散了。之后,我们中的一些人聚集在一起拍照,庆祝美国数学会成立 125 周年。

庆祝美国数学会成立 125 周年。 图片来源:美国数学会

我在数学联合会议上玩结玩得很开心,但我认为我并不适合长期从事这项工作。

© . All rights reserved.