隨機性似乎使得數學命題的證明更困難。但實際上,經常會讓事情更容易


    在數學家可用的所有工具當中,隨機性似乎沒什麽用處。數學具有邏輯性和嚴謹性,它主要的目標是在浩瀚的對象“海洋”中尋找秩序和結構。正是因為數學世界不是隨機的,整個數學宏偉目標才有可能實現。


    然而,最近《量子》雜誌的一篇文章《隨機表麵隱藏著錯綜複雜的秩序》(random surfaces hide an intricate orde)涉及到了一個新的證明。


    在這個證明中,隨機性使得一切變得不同。


    證明結果還包括到在隨機構建的幾何空間上繪製的棋盤樣圖案。


    該證明的作者發現,幾何空間中的隨機性使棋盤樣的圖案更容易描述。


    巴黎第十一大學數學家、該論文合著者尼古拉斯·庫裏安(nics curien)也說道,“令人驚訝的是,引入隨機性能讓你做更多的事情”。


    事實證明,隨機性在很多方麵對數學有幫助。


    例如,數學家通常想要證明具有某種性質的對象存在,例如具有某種對稱性的幾何體。要解決這些存在性問題,最直接的方法是尋找一個具有對應性質的對象,但這需要一些運氣。“我們很難展示出一個具有相關屬性的特定對象”,菲爾茲獎獲得者馬丁海雷爾如是說道,他的領域涉及隨機過程。


    抽象概念可以引導一些在科學和數學中有潛力的想法。下麵與我們一起來看看吧。


    如果一個問題不太可能直接解決,那麽人們可能用間接的方式嚐試間接解決。例如,如果您在考慮某一類型的對象的存在性,你可以這樣思考:隨機選擇其中一個對象,則選中一個具備所需性質的對象的可能性要大於0。這種“概率方法”是數學家保羅·埃爾德什(paul erd?s)開創的。


    隨機性也可以用來尋找非隨機的固定路徑。最近關於網格上棋盤式圖案的證明就是這種情況。研究人員對一種叫做滲流模型的過程感興趣。在這個過程中,您想知道如果僅在一種顏色的點上移動,那麽觀察點在什麽條件下可以從網格的一側移動到另一側。


    當你根據確定性的規則——沿著規則網格的嚴格確定的線——繪製這樣的路徑時,路徑中後續的每一步都被之前的每一步所約束。對於一個複雜的網格,此要求是一個負擔。這類似於俄羅斯方塊拚圖中的前幾塊比較容易放置,您可以把它們放在任何您想放的地方,但之後方塊的放置就難很多,因為它們必須符合您已經放置的所有方塊。


    然而,當您的路徑隨機進行時,您不必擔心您過去走過的每一步。從某種意義上說,每一步都像第一步一樣自由:隻要擲硬幣決定下一步去哪裏。


    數學家試圖利用這個事實。用一種叫做被稱為kpz公式的推導關係,將隨機網格的結果轉換為確定性的結果,反之亦然。“在這樣的理論下,這意味著你可以隨意在確定環境下計算或者在隨機環境下計算”,布蘭迪斯大學數學家、論文合著者奧利維耶·伯納迪如是說道。這一新的工作與以前(更難證明的)關於在規則網格上滲流的結果是一致的,這也使kpz公式得到了驗證。


    如果一個數學問題比較簡單,那數學家可能不需要使用隨機性。但對數學家而言,大多數重要的數學問題都很難直接迴答了。“這可能是顯而易見的,但我還是重申一下,在大多數情況下,對於數學或理論物理方麵的問題,如果不借助一些工具,直接迴答是不可能的”。紐約大學數學家保羅·布爾加德(paul bourgade)如是說道。“我們隻是沒有解決問題的工具”。在某些情況下,隨機性使事情變得更鬆散,足以問題的解決成為可能。

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