庞加莱猜想(Poincaré conjecture),是法国数学家亨利·庞加莱(Jules Henri Poincaré)提出的一个数学猜想,其内容是:“任何一个单连通的,闭的三维流形一定同胚于一个三维的球面。”用数学语言可表述为:单连通的三维闭流形同胚于三维球面[3][4][7]。2000年5月24日,美国克雷数学研究所(Clay Mathematics Institute)的科学顾问委员会把庞加莱猜想列为奖金各百万美元的“千禧年大奖难题”之一[8]。 1904年,庞加莱在一篇论文中提出了拓扑学的猜想,在1905年发现提法中有错误,并对之进行了修改。后来,这个猜想被推广至维空间,被称为“高维庞加莱猜想”[2]。在此之后,不少数学家像怀特黑德(White-head)、宾(R.Bing)、哈肯(Haken)、福里德曼(Freedman)和威廉·瑟斯顿(WilliamP.Thurston)等人都为证明庞加莱猜想付出了巨大的努力[9]。格里戈里·佩雷尔曼在花了8年时间研究这个足有一个世纪的数学难题后,在2002年11月和2003年7月之间,将3份关键 论文的手稿粘贴到arXiv.org这个专门刊登数学和物理预印本论文的网站上,利用Ricci流证明法排除了奇点的干扰因素,证明了庞加莱猜想,因而获得了有数学诺贝尔奖之称的菲尔兹奖。[10]2006年6月初,世界著名的华裔数学家、中国科学院外籍院士丘成桐宣布:经过美国、俄国和中国数学家30多年的共同努力,两位中国科学家朱熹平和曹怀东最终证明了百年数学难题——庞加莱猜想。[11] 庞加莱猜想的证明不仅有助于人类更好地研究三维空间,促进了拓扑学的发展,还对物理学的发展产生了深远的影响,为探索宇宙的奥秘奠定了坚实的基础[3]。 猜想内容
庞加莱先生猜想:一个封闭的三维空间,只要它里面所有的封闭曲线都可以收缩成一点,这个空间就一定是一个三维圆球。这是一个属于代数拓扑学的命题,也可以简单地表述为:“单连通的三维闭流形同胚于三维球面。”后来,这一命题又被推广至高维的情况:“任何与维球面同构的维闭流形必定同胚于维球面。”[7][9]