Российский математик Перельман Григорий Яковлевич, доказавший гипотезу Пуанкаре: биография, личная жизнь, интересные факты. Математик Перельман Яков: вклад в науку. Известный российский математик Григорий Перельман

Гипотеза Пуанкаре и особенности русского менталитета.

Если кратко: Безработный профессор, которому всего 40 лет, решил одну из 7 самых сложных задач человечества, живёт в панельке на окраине города с мамой и вместо того чтоб получить премию о которой мечтают все математики мира, ну и в придачу миллион долларов, он ушёл собирать грибы и просил его не беспокоить.

А теперь более подробно:

http://lenta.ru/news/2006/08/16/perelman/

Григорий Перельман, доказавший гипотезу Пуанкаре, отказывается от многочисленных наград, и денежных премий, которые присуждают ему за это достижение, сообщает газета Guardian. После широкомасштабной проверки доказательства, которая продолжалась почти четыре года, научное сообщество пришло к выводу, что решение Перельмана верно.

Гипотеза Пуанкаре относится к числу семи важнейших математических "задач тысячелетия”, за решение каждой из которых Математический институт Клэя (Clay Mathematics Institute) назначил премию в один миллион долларов. Таким образом, Перельман должен получить вознаграждение. Ученый не общается с прессой, но газете стало известно, что Перельман не хочет брать эти деньги. По словам математика, комитет, присуждавший награду, недостаточно квалифицирован, чтобы оценить его работу.

Владеть миллионом долларов в Питере небезопасно, – в шутку предполагает другую причину необычного поведения Перельмана профессиональное сообщество. Об этом рассказал газете Найджел Хитчин (Nigel Hitchin), профессор математики Оксфордского университета.

На следующей неделе, по слухам, будет объявлено, что Перельману присуждена самая престижная в данной сфере международная Филдсовская премия, состоящая из драгоценой медали и и денежного вознаграждения. Филдсовская премия считается математическим аналогом Нобелевской. Ее вручают раз в четыре года на международном математическом конгрессе, причем лауреаты премии не должны быть старше 40 лет. Перельман, который в 2006 году перешагнет сорокалетний рубеж и лишится шанса когда-либо получить этот приз, не хочет принимать и эту награду.

О Перельмане давно известно, что он избегает торжественных мероприятий и не любит, когда им восхищаются. Но в сложившейся ситуации поведение ученого выходит за рамки эксцентричности кабинетного теоретика. Перельман уже оставил учебную работу и отказывается от выполнения профессорских функций. Теперь он хочет спрятаться и от признания его заслуг перед математикой – делом всей его жизни.

Григорий Перельман работал над доказательством теоремы Пуанкаре восемь лет. В 2002 году он разместил решение задачи на сайте препринтов Лос-Аламосской научной лаборатории. До сих пор он так и не опубликовал своего труда в рецензируемом журнале, что является обязательным условием присуждения большинства премий.

Перельмана можно считать эталонным образцом продукции советского образования. Он родился в 1966 году в Ленинграде. В этом городе живет и сейчас. Перельман учился в специализированной школе № 239 с углубленным изучением математики. Побеждал на бессчетных олимпиадах. Был без экзаменов зачислен на матмех ЛГУ. Получал Ленинскую стипендию. После университета поступил в аспирантуру при Ленинградском отделении Математического института им.В.А.Стеклова, где и остался работать. В конце восьмидесятых Перельман переехал в США, профессорствовал в нескольких университетах, а затем вернулся на старое место.

Состояние питерского особняка графа Муравьева на Фонтанке, в котором располагается Математический институт, делает бессеребреничество Перельмана особенно неадекватным. Здание, как сообщает газета "Известия” может в любой момент разрушиться и упасть в реку. Закупки компьютерной техники (единственного оборудования, необходимого математикам) еще удается финансировать при помощи различных грантов, но реставрацию исторического сооружения благотворительные организации оплачивать не готовы.

==========================

http://www.newsinfo.ru/news/2006/08/news1325575.php

Математик-отшельник, доказавший одну из самых сложных научных гипотез – теорему Пуанкаре, не менее загадочный, чем сама проблема.

О нем известно немного. Поступил в институт по результатам школьных олимпиад, получал ленинскую стипендию. В питерской 239-й спецшколе его помнят - сын Якова Перельмана, автора знаменитого учебника "Занимательная физика". Фото Гриши Перельмана - на доске великих вместе с Лобаческим и Лейбницем.

"Он был такой отличник, только по физкультуре... А так была бы медаль", - вспоминает его преподаватель Тамара Ефимова, директор физмат-лицея 239 в интервью Первому каналу.

Он всегда был за чистую науку, против формальностей - это слова его бывшего школьного учителя, одного из немногих, с кем Перельман поддерживал связь все восемь лет поиска. Как он говорит, математику с работы пришлось уйти, потому что там надо было писать статьи-отчеты, а Пуанкаре поглощал все его время. Математика превыше всего.

Решению одной из семи нерешаемых математических задач Перельман положил восемь лет жизни. Он работал в одиночку, где-то на чердаке, тайком. Читал лекции в Америке, чтобы прокормиться дома. Ушел с работ, которая отвлекала от главной цели, не отвечает на звонки и не общается с прессой.

За решение одной из семи нерешаемых математических задач положен миллион долларов, это премия Филдса, нобелевка для математиков. Григорий Перельман стал основным кандидатом на ее получение.

Ученый это знает, но, судя по всему, в денежном признании явно не заинтересован. Как уверяют коллеги, даже документы на премию не представил.

"Как я понимаю, самого Григория Яковлевича миллион совершенно не волнует. – говорит Ильдар Ибрагимов, академик РАН. - На самом деле люди, которые в состоянии решить эти задачи, это в основном люди, которые будут работать не из-за этих денег. Их будет волновать нечто совсем другое".

Перельман опубликовал работу по гипотезе Пуанкаре единственный раз три года назад в Интернете. Скорее даже не работу, а набросок в 39 страниц. Написать более подробный отчет- с развернутыми доказательствами он не соглашается. Даже вице-президент Всемирного математического общества, который специально приехал в Петербург, чтобы найти Перельмана, не удалось этого сделать.

За прошедшие три года никому не удалось найти ошибку в расчетах Перельмана, как того требует регламент премии Филдса. Что и требовалось доказать.

==============================

http://elementy.ru/news/430288

Процесс доказательства гипотезы Пуанкаре сейчас, по-видимому, вступает в заключительную стадию. Три группы математиков окончательно разобрались в идеях Григория Перельмана и за последние пару месяцев представили свои версии полного доказательства этой гипотезы.

Гипотеза, сформулированная Пуанкаре в 1904 году, утверждает, что все трехмерные поверхности в четырехмерном пространстве, гомотопически эквивалентные сфере, гомеоморфны ей. Говоря простыми словами, если трехмерная поверхность кое в чем похожа на сферу, то, если ее расправить, она может стать только сферой и ничем иным. Подробности об этой гипотезе и об истории ее доказательства читайте в популярной заметке Проблемы 2000 года: гипотеза Пуанкаре в журнале «Компьютерра».

За доказательство гипотезы Пуанкаре Математический институт им. Клэя присудил премию в миллион долларов, что может показаться удивительным: ведь речь идет об очень частном, малоинтересном факте. На самом деле, для математиков важны не столько свойства трехмерной поверхности, сколько факт трудности самого доказательства. В этой задаче в концентрированном виде сформулировано то, что не удавалось доказать с помощью имевшихся ранее идей и методов геометрии и топологии. Она позволяет как бы заглянуть на уровень глубже, в тот пласт задач, который можно будет решить только с помощью идей «нового поколения».

Как и в ситуации с теоремой Ферма, выяснилось, что гипотеза Пуанкаре есть частный случай гораздо более общего утверждения о геометрических свойствах произвольных трехмерных поверхностей - гипотезы геометризации Тёрстона (Thurston"s Geometrization Conjecture). Поэтому усилия математиков были направлены не на решение этого частного случая, а на построение нового математического подхода, который способен справляться с такими задачами.

Прорыв в 2002-2003 годах совершил российский математик Григорий Перельман. В своих трех статьях math.DG/0211159, math.DG/0303109, math.DG/0307245, предложив ряд новых идей, он развил и довел до конца метод, предложенный в 1980-е годы Ричардом Гамильтоном. В своих работах Перельман утверждает, что построенная им теория позволяет доказать не только гипотезу Пуанкаре, но и гипотезу геометризации.

Суть метода состоит в том, что для геометрических объектов можно определить некоторое уравнение «плавной эволюции», похожее на уравнение ренормализационной группы в теорфизике. Исходная поверхность в ходе этой эволюции будет деформироваться и, как показал Перельман, в конце концов плавно перейдет именно в сферу. Сила этого подхода состоит в том, что, минуя все промежуточные моменты, можно сразу заглянуть «в бесконечность», в самый конец эволюции, и обнаружить там сферу.

Работы Перельмана положили начало интриге. В своих статьях он развил общую теорию и набросал ключевые моменты доказательства не только гипотезы Пуанкаре, но и гипотезы геометризации. Полного доказательства во всех деталях Перельман не представил, хотя утверждал, что обе гипотезы он доказал. В том же 2003 году Перельман совершил турне по США с серией лекций, на которых четко и подробно отвечал на любые технические вопросы слушателей.

Сразу же после опубликования препринтов Перельмана специалисты приступили к проверке ключевых моментов его теории, и ни одной ошибки до сих пор не найдено. Более того, за прошедшие годы несколько коллективов математиков смогли впитать предложенные Перельманом идеи до такой степени, чтобы приступить к записыванию полного доказательства «набело».

В мае 2006 года появилась работа B. Kleiner, J. Lott, math.DG/0605667, в которой был дан подробный вывод опущенных моментов в доказательстве Перельмана. (Кстати, эти авторы поддерживают веб-страничку, посвященную статьям Перельмана и связанным с ними работам.)

Затем в июне 2006 года в журнале Asian Journal of Mathematics была опубликована 327-страничная статья китайских математиков Huai-Dong Cao и Xi-Ping Zhu, озаглавленная «Полное доказательство гипотез Пуанкаре и геометризации - приложение теории Гамильтона-Перельмана о потоках Риччи». Сами авторы не претендуют на абсолютно новое доказательство, а лишь утверждают, что подход Перельмана действительно работает.

Наконец, на днях появился 473-страничная статья (или уже книга?) J. W. Morgan, G. Tian, math.DG/0607607, в которой авторы, по следам Перельмана, приводят свое доказательство гипотезы Пуанкаре (а не более общей гипотезы геометризации). Джон Морган (John Morgan) считается одним из главных специалистов по этой проблеме, и после выхода его работы можно, по-видимому считать, что гипотеза Пуанкаре окончательно доказана.

Интересно, кстати, что вначале статья китайских математиков распространялась только в бумажной версии по цене 69 долларов, так что далеко не все желающие имели возможность взглянуть на нее. Но уже на следующий день после появления в архиве препринтов статьи Моргана-Тяна на сайте Asian Journal of Mathematics появилась и электронная версия статьи.

Чья доводка доказательства Перельмана точнее и прозрачнее - покажет время. Не исключено, что в ближайшие годы оно упростится, как это случилось с теоремой Ферма. Пока что видно лишь увеличение объема публикаций: от 30-страничных статей Перельмана до толстой книжицы у Моргана и Тяна, но связано это не с усложнением доказательства, а с более подробным выводом всех промежуточных шагов.

А тем временем ожидается, что на Международном конгрессе математиков, который пройдет в августе этого года в Мадриде, будет «официально» объявлено об окончательном доказательстве гипотезы и, возможно, о том, кому будет присуждена премия Института Клэя. Кроме этого, ходят слухи, что Григорий Перельман станет одним из четырех филдсовских медалистов, что является высшим знаком отличия для молодых математиков.

Математик Перельман - личность очень известная, несмотря на то что он ведет уединенную жизнь и всячески сторонится прессы. Доказательство гипотезы Пуанкаре, сделанное им, поставило его в один ряд с величайшими учеными в мировой истории. Математик Перельман отказался от множества наград, предоставляемых научным сообществом. Этот человек живет очень скромно и всецело предан науке. Безусловно, о нем и его открытии стоит подробно рассказать.

Отец Григория Перельмана

13 июня 1966 года на свет появился Григорий Яковлевич Перельман, математик. Фото его в свободном доступе немного, но самые известные представлены в этой статье. Он родился в Ленинграде - культурной столице нашей страны. Отец его был инженером-электриком. Он не имел отношения к науке, как считают многие.

Яков Перельман

Весьма распространено мнение о том, что Григорий - сын Якова Перельмана, известного популяризатора науки. Однако это заблуждение, ведь он умер в блокадном Ленинграде в марте 1942 года, поэтому никак не мог быть отцом Этот человек родился в Белостоке, городе, который ранее принадлежал Российской империи, а сейчас входит в состав Польши. Яков Исидорович появился на свет в 1882 году.

Якова Перельмана, что весьма интересно, также привлекала математика. Кроме того, он увлекался астрономией, физикой. Этот человек считается основоположником занимательной науки, а также одним из первых, кто писал произведения в жанре научно-популярной литературы. Он является создателем книги "Живая математика". Перельман написал и множество других книг. Кроме того, его библиография включает более тысячи статей. Что касается такой книги, как "Живая математика", Перельман представляет в ней различные головоломки, связанные с этой наукой. Многие из них оформлены в виде маленьких рассказов. Эта книга рассчитана в первую очередь на подростков.

В одном отношении особенно интересна еще книга, автор которой - Яков Перельман ("Занимательная математика"). Триллиард - знаете ли вы, что это за число? Это 10 21 . В СССР долгое время параллельно существовало две шкалы - "короткая" и "длинная". Согласно Перельману, "короткая" использовалась в финансовых расчетах и житейском обиходе, а "длинная" - в научных трудах, посвященных физике и астрономии. Так вот, триллиарда по "короткой" шкале не существует. 10 21 в ней называется секстиллионом. Эти шкалы вообще существенно различаются.

Однако мы не будем подробно на этом останавливаться и перейдем к рассказу о вкладе в науку, который внес именно Григорий Яковлевич, а не Яков Исидорович, достижения которого были менее скромными. Кстати, любовь к науке Григорию привил отнюдь не его известный однофамилец.

Мать Перельмана и ее влияние на Григория Яковлевича

Мать будущего ученого преподавала математику в ПТУ. Кроме того, она была талантливой скрипачкой. Вероятно, любовь к математике, а также к классической музыке Григорий Яковлевич перенял именно у нее. И то и другое в равной степени привлекало Перельмана. Когда перед ним встал выбор, куда поступить - в консерваторию или в технический вуз, он долго не мог решиться. Кто знает, кем бы мог стать Григорий Перельман, если бы решил получить музыкальное образование.

Детство будущего ученого

Уже с юных лет Григорий отличался грамотной речью, как письменной, так и устной. Он часто поражал этим учителей в школе. Кстати, до 9-го класса Перельман обучался в средней школе, по всей видимости, типичной, которых так много на окраине. А затем учителя из Дворца пионеров заметили талантливого юношу. Его взяли на курсы для одаренных детей. Это способствовало развитию уникальных дарований Перельмана.

Победа на олимпиаде, окончание школы

С этих пор начинается веха побед для Григория. В 1982 году он получил на состоявшейся в Будапеште Международной математической олимпиаде. В ней Перельман участвовал вместе с командой советских школьников. Он получил полный балл, решив безукоризненно все задачи. Одиннадцатый класс школы Григорий окончил в этом же году. Сам факт участия в этой престижной олимпиаде открывал для него двери лучших учебных заведений нашей страны. А ведь Григорий Перельман не просто участвовал в ней, но и получил золотую медаль.

Неудивительно, что он был зачислен без экзаменов в Ленинградский государственный университет, на механико-математический факультет. Кстати, золотую медаль в школе Григорий, как это ни странно, не получил. Этому помешала оценка по физкультуре. Сдача спортивных норм в то время была обязательна для всех, включая и тех, кто с трудом представлял себя у шеста для прыжков или у штанги. По остальным предметам он учился на пятерки.

Учеба в ЛГУ

В течение следующих нескольких лет будущий ученый продолжал свое образование в ЛГУ. Он участвовал, и с большим успехом, в разнообразных математических соревнованиях. Перельману удалось даже получить престижную Ленинскую стипендию. Так он стал обладателем 120 рублей - немалых денег по тем временам. Должно быть, в то время ему жилось неплохо.

Нужно сказать, что математико-механический факультет этого университета, который сейчас называется Санкт-Петербургским, был в советские годы одним из лучших в России. В 1924 году, к примеру, его окончил В. Леонтьев. Практически сразу же после завершения обучения он получил Нобелевскую премию по экономике. Этого ученого даже именуют отцом американской экономики. Леонид Канторович, единственный отечественный лауреат данной премии, получивший ее за вклад в эту науку, являлся профессором матмеха.

Продолжение образования, жизнь в США

После окончания ЛГУ Григорий Перельман поступил в Математический институт Стеклова, чтобы продолжить обучение в аспирантуре. Вскоре он вылетел в США для того, чтобы представить это учебное заведение. Эта страна всегда считалась государством неограниченной свободы, особенно в советское время среди жителей нашей страны. Повидать ее мечтали многие, однако математик Перельман был не из их числа. Кажется, что искушения Запада прошли для него незамеченными. Ученый по-прежнему вел скромный образ жизни, даже несколько аскетический. Он питался бутербродами с сыром, которые запивал кефиром или молоком. И конечно, математик Перельман усердно трудился. В частности, он вел преподавательскую деятельность. Ученый встречался со своими коллегами-математиками. Америка через 6 лет ему наскучила.

Возвращение в Россию

Григорий возвратился в Россию, в родной институт. Здесь он проработал 9 лет. Именно в это время, должно быть, он и стал понимать, что дорога к "чистому искусству" лежит через изоляцию, оторванность от социума. Григорий решил порвать все свои отношения с сослуживцами. Ученый решил запереться в своей ленинградской квартире и начать грандиозный труд...

Топология

Нелегко объяснить, что доказал Перельман в математике. Только большие любители этой науки могут в полной мере понять значение сделанного им открытия. Мы попытаемся доступным языком рассказать о гипотезе, которую вывел Перельман. Григория Яковлевича привлекла топология. Это раздел математики, нередко называемый также геометрией на резиновом листе. Топология изучает геометрические формы, сохраняющиеся, когда форма изгибается, скручивается или растягивается. Другими словами, если она абсолютно эластично деформируется - без склеек, срезов и разрывов. Топология очень важна для такой дисциплины, как математическая физика. Она дает представление о свойствах пространства. Речь идет в нашем случае о беспредельном пространстве, которое непрерывно расширяется, то есть о Вселенной.

Гипотеза Пуанкаре

Великий французский физик, математик и философ Ж. А. Пуанкаре первым вывел гипотезу на этот счет. Это произошло в начале 20 века. Но следует заметить, что он именно сделал предположение, а не привел доказательство. Перельман поставил своей задачей доказать эту гипотезу, вывести спустя целое столетие математическое решение, логически выверенное.

Когда говорят о его сути, начинают обычно следующим образом. Возьмите резиновый диск. Его следует натянуть на шар. Таким образом, у вас получилась двухмерная сфера. Необходимо, чтобы в одной точке была собрана окружность диска. К примеру, вы можете проделать это с рюкзаком, стянув и обвязав его шнуром. Получается сфера. Конечно, для нас она является трехмерной, но с точки зрения математики будет двухмерной.

Затем начинаются уже образные проекции и рассуждения, которые трудно понять неподготовленному человеку. Следует представить теперь трехмерную сферу, то есть шар, натянутый на что-то, который уходит в другое измерение. Трехмерная сфера, согласно гипотезе, - единственный существующий трехмерный объект, который можно стянуть гипотетическим "гипершнуром" в одной точке. Доказательство же этой теоремы помогает нам понять, какую форму имеет Вселенная. Кроме того, благодаря ей можно обоснованно предположить, что Вселенная и есть такая трехмерная сфера.

Гипотеза Пуанкаре и теория Большого взрыва

Нужно отметить, что эта гипотеза является подтверждением теории Большого взрыва. Если Вселенная представляет собой единственную "фигуру", отличительная черта которой - возможность стянуть ее в одну точку, это значит, что ее можно и растянуть таким же образом. Возникает вопрос: если она является сферой, что же находится за пределами Вселенной? Способен ли человек, который является вторичным продуктом, относящимся к одной только планете Земля и даже не к космосу в целом, познать это таинство? Тем, кому интересно, можно предложить почитать труды еще одного известного на весь мир математика - Стивена Хокинга. Однако и он не может пока сказать на этот счет что-либо конкретное. Будем надеяться, что в будущем появится еще один Перельман и ему удастся разгадать эту загадку, которая мучает воображение многих. Кто знает, может быть, и самому Григорию Яковлевичу еще удастся это сделать.

Нобелевская премия по математике

Перельман не получил эту престижную награду за свое великое достижение. Странно, не правда ли? На самом деле это объясняется очень просто, если учесть, что такой награды просто не существует. Была создана целая легенда о причинах того, почему Нобель обделил представителей столь важной науки. И по сей день не вручается Нобелевская премия по математике. Перельман, вероятно, получил бы ее, если бы она существовала. Существует легенда, что причина неприятия Нобелем математиков следующая: именно к представителю этой науки от него ушла невеста. Так это или нет, но только с наступлением 21 века справедливость наконец восторжествовала. Именно тогда появилась другая премия для математиков. Расскажем вкратце о ее истории.

Как появилась премия института Клэя?

На математическом конгрессе, состоявшемся в 1900 году в Париже, предложил список, включающий 23 проблемы, которые нужно решить в новом, 20 веке. На сегодняшний день разрешена уже 21 из них. Кстати, выпускник матмеха ЛГУ Ю. В. Матиясевич в 1970 году завершил решение 10-й из этих проблем. В начале 21 века в американском институте Клэя был составлен подобный ему список, состоящий из семи задач по математике. Их следовало решить уже в 21 веке. Награда в миллион долларов была объявлена за решение каждой из них. Еще в 1904 году Пуанкаре сформулировал одну из этих задач. Он выдвинул гипотезу о том, что в все трехмерные поверхности, гомотипически эквивалентные сфере, являются гомеоморфными ей. Говоря простыми словами, если трехмерная поверхность похожа в чем-то на сферу, то существует возможность расправить ее в сферу. Это утверждение ученого иногда называют формулой Вселенной из-за его большой важности в понимании сложных физических процессов, а также из-за того, что ответ на него означает решение вопроса о форме Вселенной. Следует сказать и о том, что это открытие играет большую роль и в развитии нанотехнологий.

Итак, математический институт Клэя решил выбрать 7 самых трудных задач. За решение каждой из них было обещано по миллиону долларов. И вот появляется со сделанным им открытием Григорий Перельман. Премия по математике, конечно же, достается ему. Его заметили довольно быстро, так как он с 2002 года публиковал свои наработки на зарубежных интернет-ресурсах.

Как Перельман был удостоен премии Клэя

Итак, в марте 2010 года был удостоен заслуженной награды Перельман. Премия по математике означала получение внушительного состояния, размер которого составлял 1 млн долларов. Григорий Яковлевич должен был получить ее за доказательство Однако в июне 2010 года ученый проигнорировал проводимую в Париже математическую конференцию, на которой должно было состояться вручение этой награды. А 1 июля 2010 г. Перельман заявил о своем отказе публично. Более того, деньги, положенные ему, он так и не взял, несмотря на все просьбы.

Почему математик Перельман отказался от премии?

Григорий Яковлевич объяснил это тем, что совесть не дает ему получить миллион, положенный еще нескольким другим математикам. Ученый отметил, что у него было много причин как взять деньги, так и не брать их. Он долго не мог решиться. В качестве основной причины отказа от награды Григорий Перельман, математик, назвал несогласие с научным сообществом. Он отметил, что считает несправедливыми его решения. Григорий Яковлевич заявил, что считает, что вклад Гамильтона, немецкого математика, в решение этой задачи ничуть не меньше, чем его.

Кстати, несколько позже даже появился анекдот на эту тему: математикам надо почаще выделять миллионы, возможно, кто-нибудь все-таки решится их взять. Год спустя после отказа Перельмана Деметриосу Кристодулу и Ричарду Гамильтону был присужден Shaw Prize. Размер этой награды по математике составляет миллион долларов. Эту премию иногда именуют также Нобелевской премией Востока. Гамильтон получил ее за создание математической теории. Именно ее развил затем российский математик Перельман в своих работах, посвященных доказательству гипотезы Пуанкаре. Ричард эту награду принял.

Другие награды, от которых отказался Григорий Перельман

К слову, в 1996 году Григорию Яковлевичу была присуждена престижная премия для молодых математиков от Европейского математического сообщества. Однако он отказался получить ее.

Спустя 10 лет, в 2006 году, ученому присудили медаль Филдса за решение гипотезы Пуанкаре. Григорий Яковлевич отказался и от нее.

Журнал Science в 2006 г. назвал доказательство гипотезы, созданной Пуанкаре, научным прорывом года. Следует отметить, что это первая работа в области математики, которая заслужила такое звание.

Дэвид Грубер и Сильвия Назар в 2006 году опубликовали статью под названием Manifold Destiny. В ней говорится о Перельмане, о его решении проблемы Пуанкаре. Кроме того, в статье рассказывается о математическом сообществе и о существующих в науке этических принципах. В ней же представлено и редкое интервью с Перельманом. Немало говорится и о критике Яу Шинтана, китайского математика. Вместе с учениками он попробовал оспорить полноту представленного Григорием Яковлевичем доказательства. В интервью Перельман отметил: "Чужаками считаются не те, кто нарушает этические стандарты в науке. Люди, подобные мне, - вот кто оказывается в изоляции".

В сентябре 2011 г. отказался и от членства в Российской академии наук математик Перельман. Биография его представлена в книге, изданной в этом же году. Из нее можно узнать больше о судьбе этого математика, хотя собранная информация основана на свидетельстве третьих лиц. Автор ее - Книга была составлена на основании интервью с одноклассниками, учителями, коллегами и сослуживцами Перельмана. Сергей Рукшин, учитель Григория Яковлевича, отозвался о ней критически.

Григорий Перельман сегодня

И сегодня он ведет уединенный образ жизни. Всячески игнорирует прессу математик Перельман. Где живет он? До последнего времени Григорий Яковлевич проживал вместе с матерью в Купчино. А с 2014 года известный российский математик Григорий Перельман находится в Швеции.

Последним великим достижением чистой математики называют доказательство петербуржцем Григорием Перельманом в 2002–2003 годах гипотезы Пуанкаре, высказанной в 1904 году и гласящей: «всякое связное, односвязное, компактное трехмерное многообразие без края гомеоморфно сфере S 3 ».

В этой фразе имеется несколько терминов, которые я постараюсь объяснить так, чтобы их общий смысл стал понятен нематематикам (я предполагаю, что читатель закончил среднюю школу и кое-что из школьной математики еще помнит).

Начнем с понятия гомеоморфизма, центрального в топологии. Вообще, топологию часто определяют как «резиновую геометрию», т. е. как науку о свойствах геометрических образов, которые не меняются при плавных деформациях без разрывов и склеек, а точнее, при возможности установить между двумя объектами взаимно-однозначное и взаимно-непрерывное соответствие.

Главную идею проще всего объяснить на классическом примере кружки и бублика. Первую можно превратить во второй непрерывной деформацией.

Эти рисунки наглядно показывают, что кружка гомеоморфна бублику, причем этот факт верен как для их поверхностей (двумерных многообразий, называемых тором), так и для заполненных тел (трехмерных многообразий с краем).

Приведем толкование остальных терминов, фигурирующих в формулировке гипотезы.

1. Трехмерное многообразие без края. Это такой геометрический объект, у которого каждая точка имеет окрестность в виде трехмерного шара. Примерами 3-многообразий может служить, во-первых, всё трехмерное пространство, обозначаемое R 3 , а также любые открытые множества точек в R 3 , к примеру внутренность полнотория (бублика). Если рассмотреть замкнутое полноторие, т. е. добавить и его граничные точки (поверхность тора), то мы получим уже многообразие с краем - у краевых точек нет окрестностей в виде шарика, но лишь в виде половинки шарика.
2. Связное. Понятие связности здесь самое простое. Многообразие связно, если оно состоит из одного куска, или, что то же самое, любые две его точки можно соединить непрерывной линией, не выходящей за его пределы.
3. Односвязное. Понятие односвязности сложнее. Оно означает, что любую непрерывную замкнутую кривую, расположенную целиком в пределах данного многообразия, можно плавно стянуть в точку, не покидая этого многообразия. Например, обычная двумерная сфера в R 3 односвязна (кольцевую резинку, как угодно приложенную к поверхности яблока, можно плавной деформацией стянуть в одну точку, не отрывая резинки от яблока). С другой стороны, окружность и тор неодносвязны.
4. Компактное. Многообразие компактно, если любой его гомеоморфный образ имеет ограниченные размеры. Например, открытый интервал на прямой (все точки отрезка, кроме его концов) некомпактен, так как его можно непрерывно растянуть до бесконечной прямой. А вот замкнутый отрезок (с концами) является компактным многообразием с краем: при любой непрерывной деформации концы переходят в какие-то определенные точки, и весь отрезок обязан переходить в ограниченную кривую, соединяющую эти точки.

Размерность многообразия - это число степеней свободы у точки, которая на нем «живет». У каждой точки есть окрестность в виде диска соответствующей размерности, т. е. интервала прямой в одномерном случае, круга на плоскости в двумерном, шара в трехмерном и т. д. Одномерных связных многообразий без края с точки зрения топологии всего два: это прямая и окружность. Из них только окружность компактна.

Примером пространства, не являющегося многообразием, может служить, например, пара пересекающихся линий - ведь у точки пересечения двух линий любая окрестность имеет форму креста, у нее нет окрестности, которая была бы сама по себе просто интервалом (а у всех других точек такие окрестности есть). Математики в таких случаях говорят, что мы имеем дело с особым многообразием, у которого есть одна особая точка.

Двумерные компактные многообразия хорошо известны. Если рассматривать только ориентируемые многообразия без края, то они с топологической точки зрения составляют простой, хотя и бесконечный, список: и так далее. Каждое такое многообразие получается из сферы приклеиванием нескольких ручек, число которых называется родом поверхности.

На рисунке изображены поверхности рода 0, 1, 2 и 3. Чем выделяется сфера из всех поверхностей этого списка? Оказывается, односвязностью: на сфере любую замкнутую кривую можно стянуть в точку, а на любой другой поверхности всегда можно указать кривую, которую стянуть в точку по поверхности невозможно.

Любопытно, что и трехмерные компактные многообразия без края можно в некотором смысле классифицировать, т. е. выстроить в некоторый список, хотя не такой прямолинейный, как в двумерном случае, а имеющий довольно сложную структуру. Тем не менее, трехмерная сфера S 3 выделяется в этом списке точно так же, как двумерная сфера в списке, приведенном выше. Тот факт, что любая кривая на S 3 стягивается в точку, доказывается столь же просто, как и в двумерном случае. А вот обратное утверждение, а именно, что это свойство уникально именно для сферы, т. е. что на любом другом трехмерном многообразии есть нестягиваемые кривые, очень трудное и в точности составляет содержание гипотезы Пуанкаре, о которой мы ведем речь.

Важно понимать, что многообразие может жить само по себе, о нем можно мыслить как о независимом объекте, никуда не вложенном. (Представьте себе жизнь двумерных существ на поверхности обычной сферы, не подозревающих о существовании третьего измерения.) К счастью, все двумерные поверхности из приведенного выше списка можно вложить в обычное пространство R 3 , что облегчает их визуализацию. Для трехмерной сферы S 3 (и вообще для любого компактного трехмерного многообразия без края) это уже не так, поэтому необходимы некоторые усилия для того, чтобы понять ее строение.

По-видимому, простейший способ объяснить топологическое устройство трехмерной сферы S 3 - это при помощи одноточечной компактификации. А именно, трехмерная сфера S 3 представляет собой одноточечную компактификацию обычного трехмерного (неограниченного) пространства R 3 .

Поясним эту конструкцию сначала на простых примерах. Возьмем обычную бесконечную прямую (одномерный аналог пространства) и добавим к ней одну «бесконечно удаленную» точку, считая, что при движении по прямой вправо или влево мы в конце концов попадаем в эту точку. С топологической точки зрения нет разницы между бесконечной прямой и ограниченным открытым отрезком (без концевых точек). Такой отрезок можно непрерывно изогнуть в виде дуги, свести поближе концы и вклеить в место стыка недостающую точку. Мы получим, очевидно, окружность - одномерный аналог сферы.

Подобным же образом, если я возьму бесконечную плоскость и добавлю одну точку на бесконечности, к которой стремятся все прямые исходной плоскости, проходимые в любом направлении, то мы получим двумерную (обычную) сферу S 2 . Эту процедуру можно наблюдать при помощи стереографической проекции, которая каждой точке P сферы, за исключением северного полюса N, ставит в соответствие некоторую точку плоскости P".

Таким образом, сфера без одной точки - это топологически все равно, что плоскость, а добавление точки превращает плоскость в сферу.

В принципе, точно такая же конструкция применима и к трехмерной сфере и трехмерному пространству, только для ее осуществления необходим выход в четвертое измерение, и на чертеже это не так просто изобразить. Поэтому я ограничусь словесным описанием одноточечной компактификации пространства R 3 .

Представьте себе, что к нашему физическому пространству (которое мы, вслед за Ньютоном, считаем неограниченным евклидовым пространством с тремя координатами x, y, z) добавлена одна точка «на бесконечности» таким образом, что при движении по прямой в любом направлении вы в нее попадаете (т. е. каждая пространственная прямая замыкается в окружность). Тогда мы получим компактное трехмерное многообразие, которое и есть по определению сфера S 3 .

Легко понять, что сфера S 3 односвязна. В самом деле, любую замкнутую кривую на этой сфере можно немного сдвинуть, чтобы она не проходила через добавленную точку. Тогда мы получим кривую в обычном пространстве R 3 , которая легко стягивается в точку посредством гомотетий, т. е. непрерывного сжатия по всем трем направлениям.

Для понимания, как устроено многообразие S 3 , весьма поучительно рассмотреть его разбиение на два полнотория. Если из пространства R 3 выбросить полноторие, то останется нечто не очень понятное. А если пространство компактифицировать в сферу, то это дополнение превращается тоже в полноторие. То есть сфера S 3 разбивается на два полнотория, имеющих общую границу - тор.

Вот как это можно понять. Вложим тор в R 3 как обычно, в виде круглого бублика, и проведем вертикальную прямую - ось вращения этого бублика. Через ось проведем произвольную плоскость, она пересечет наше полноторие по двум кругам, показанным на рисунке зеленым цветом, а дополнительная часть плоскости разбивается на непрерывное семейство красных окружностей. К их числу относится и центральная ось, выделенная более жирно, потому что в сфере S 3 прямая замыкается в окружность. Трехмерная картина получается из этой двумерной вращением вокруг оси. Полный набор повернутых окружностей заполнит при этом трехмерное тело, гомеоморфное полноторию, только выглядящее необычно.

В самом деле, центральная ось будет в нем осевой окружностью, а остальные будут играть роль параллелей - окружностей, составляющих обычное полноторие.

Чтобы было с чем сравнивать 3-сферу, я приведу еще один пример компактного 3-многообразия, а именно трехмерный тор. Трехмерный тор можно построить следующим образом. Возьмем в качестве исходного материала обычный трехмерный куб:

В нем имеется три пары граней: левая и правая, верхняя и нижняя, передняя и задняя. В каждой паре параллельных граней отождествим попарно точки, получающиеся друг из друга переносом вдоль ребра куба. То есть будем считать (чисто абстрактно, без применения физических деформаций), что, например, A и A" - это одна и та же точка, а B и B" - тоже одна точка, но отличная от точки A. Все внутренние точки куба будем рассматривать как обычно. Сам по себе куб - это многообразие с краем, но после проделанных склеек край замыкается сам на себя и исчезает. В самом деле, окрестностями точек A и A" в кубе (они лежат на левой и правой заштрихованных гранях) служат половинки шаров, которые после склейки граней сливаются в целый шарик, служащий окрестностью соответствующей точки трехмерного тора.

Чтобы ощутить устройство 3-тора исходя из обыденных представлений о физическом пространстве, нужно выбрать три взаимно перпендикулярных направления: вперед, влево и вверх - и мысленно считать, как в фантастических рассказах, что при движении в любом из этих направлений достаточно долгое, но конечное время, мы вернемся в исходную точку, но с противоположного направления. Это тоже «компактификация пространства», но не одноточечная, использованная раньше для построения сферы, а более сложная.

На трехмерном торе есть нестягиваемые пути; например, таковым является отрезок AA" на рисунке (на торе он изображает замкнутый путь). Его нельзя стянуть, потому что при любой непрерывной деформации точки A и A" обязаны двигаться по своим граням, оставаясь строго друг напротив друга (иначе кривая разомкнется).

Итак, мы видим, что бывают односвязные и неодносвязные компактные 3-многообразия. Перельман доказал, что односвязное многообразие ровно одно.

Исходной идеей доказательства является использование так называемого «потока Риччи»: мы берем односвязное компактное 3-многообразие, наделяем его произвольной геометрией (т. е. вводим некоторую метрику с расстояниями и углами), а затем рассматриваем его эволюцию вдоль потока Риччи. Ричард Гамильтон, который высказал эту идею в 1981 году, надеялся, что при такой эволюции наше многообразие превратится в сферу. Оказалось, что это неверно, - в трехмерном случае поток Риччи способен портить многообразие, т. е. делать из него немногообразие (нечто с особыми точками, как в приведенном выше примере пересекающихся прямых). Перельману путем преодоления неимоверных технических трудностей, с использованием тяжелого аппарата уравнений с частными производными, удалось внести поправки в поток Риччи вблизи особых точек таким образом, что при эволюции топология многообразия не меняется, особых точек не возникает, а в конце концов, оно превращается в круглую сферу. Но нужно объяснить, наконец, что же такое этот поток Риччи. Потоки, использованные Гамильтоном и Перельманом, относятся к изменению внутренней метрики на абстрактном многообразии, и это объяснить довольно трудно, поэтому я ограничусь описанием «внешнего» потока Риччи на одномерных многообразиях, вложенных в плоскость.

Представим себе гладкую замкнутую кривую на евклидовой плоскости, выберем на ней направление и рассмотрим в каждой точке касательный вектор единичной длины. Тогда при обходе кривой в выбранном направлении этот вектор будет поворачиваться с какой-то угловой скоростью, которая называется кривизной. В тех местах, где кривая изогнута круче, кривизна (по абсолютной величине) будет больше, а там, где она более плавная, кривизна будет меньше.

Кривизну будем считать положительной, если вектор скорости поворачивает в сторону внутренней части плоскости, разбитой нашей кривой на две части, и отрицательной, если он поворачивает вовне. Это соглашение не зависит от направления обхода кривой. В точках перегиба, где вращение меняет направление, кривизна будет равна 0. Например, окружность радиуса 1 имеет постоянную положительную кривизну, равную 1 (если считать ее в радианах).

Теперь забудем про касательные векторы и к каждой точке кривой прикрепим, наоборот, перпендикулярный ей вектор, по длине равный кривизне в данной точке и направленный вовнутрь, если кривизна положительна, и вовне, если отрицательна, а затем заставим каждую точку двигаться в направлении соответствующего вектора со скоростью, пропорциональной его длине. Вот пример:

Оказывается, что любая замкнутая кривая на плоскости ведет себя при такой эволюции подобным же образом, т. е. превращается, в конце концов, в окружность. Это и есть доказательство одномерного аналога гипотезы Пуанкаре при помощи потока Риччи (впрочем, само утверждение в данном случае и так очевидно, просто способ доказательства иллюстрирует, что происходит в размерности 3).

Заметим в заключение, что рассуждение Перельмана доказывает не только гипотезу Пуанкаре, но и гораздо более общую гипотезу геометризации Тёрстона, которая в известном смысле описывает устройство всех вообще компактных трехмерных многообразий. Но этот предмет лежит уже за рамками настоящей элементарной статьи.

За неимением места, я не буду говорить о неориентируемых многообразиях, примером которых может служить известная бутылка Клейна - поверхность, которую нельзя вложить в пространство без самопересечений.