張元章 劉 燁 6355 字 2個月前

六 對三體問題的貢獻

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運動,第三個質量很小的質點C在和平麵垂直的一條直線上來回振動,隻要選擇合適的初始值,C就會無窮次來回穿越AB所在平麵,而且振動的幅度越來越大,最後在無窮的時間內振幅會趨於無窮大。因為這裡需要的時間是無窮,所以這個解並不是一個奇點解。這樣的解似乎有悖常理,但是數學家們用他們巧妙的構思證明了在一定條件下這確實會發生。

1975年兩位美國數學家馬瑟爾(J·hn Mather)和麥吉爾(Richard McGehee)構造了一個共線的四體問題的解,這個解確實會在有限的時間內使某兩個質點之間的距離達到無窮。但是這仍然不是龐勒維所希望的非碰撞的奇點解,因為在這個例子中,在達到最終這個非碰撞的奇點之前,四個共線的質點互相之間必須先有無窮多次的碰撞,所以非碰撞的奇點並不是這個軌道中第一個奇點。在這之前,人們已經發現如果僅僅是兩個質點碰撞的話,那麼這個解可以用彈性反彈在碰撞後繼續下去(再多質點同時碰撞就不行了)。所以馬瑟爾和麥吉爾利用這個性質設計了這樣一個奇特的例子。這以後許多人對於最後發現真正的非碰撞的奇點解更有信心了,然而在這之後的十幾年裡,進展是微弱的,有人證明了如果這樣的例子確實存在於四體問題中,那麼這四個質點應該幾乎是在一條直線上的。也就是說真正的非碰撞的奇點也許就跟馬瑟爾和麥吉爾的例子很接近,然而時至今日,這樣的四體問題的例子還是沒有人能找出來。

從龐勒維開始的近百年裡,許多數學家在非碰撞的奇點問題上做出了巨大努力。而所有這些努力最終在龐加萊發表他的重要著作一百周年時結出了碩果-----在二十世紀八十年代末到九十年代初,這一百年懸而未決的問題終於被一位年輕的中國數學家夏誌宏解決了。夏誌宏1982年畢業於中國南京大學天文學係,在上大學時就對N體問題產生了深厚興趣。大學畢業後他來到了美國西北大學跟隨剛才提到過的薩瑞從事N體問題的研究。等到1988年他獲得博士學位時,在他的博士畢業論文中他宣稱他已經找到了一個五體問題的解,這個解會在有限時間內產生一個非碰撞的奇點。這樣一個驚人的結果被一個二十幾歲的學生獲得了,幾乎所有人的第一個反應都不是驚喜而是懷疑。事實上夏誌宏證明的初稿中確實存在表述上的缺陷,某些關鍵的證明也有值得推敲之處。在這篇幾乎長達百頁的文章被投稿到最著名的數學雜誌\"數學年刊\"(Annals ·f Mathematics)兩年後,夏誌宏得到了一個模棱兩可的答複,審稿的人無法判斷他的證明是否正確,但確實指出了其中的一些問題。夏誌宏並不氣餒,他繼續改進補充他的證明,又把修改稿投了上去。這時的數學年刊處理這篇稿件的正是前麵提到的普林斯頓大學教授馬瑟爾。在1991年秋季學期,馬瑟爾在普林斯頓組織了一個討論班專門討論夏誌宏的論文。在學期結束,馬瑟爾得出結論:證明是正確的。論文發表在1992年的數學年刊上。龐勒維猜想終於被徹底解決了。夏誌宏在畢業後曾在哈佛大學和佐治亞理工大學先後任教,1994年起他又回到了母校西北大學任數學係的正教授, 2001年起任潘克講座教授(Arthur and Gladys Panc·e Pr·fess·r ·f Mathematics)。在解決龐勒維猜想後,夏誌宏又在動力係統領域做出了許多其他的重要貢獻。雖然現在仍然年紀不滿四十,他已經成為國際動力係統和天體力學領域的領袖人物之一。1999年夏誌宏受聘為北京大學數學學院第一批長江計劃特聘教授。

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