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,隨機性似乎沒什么用處。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》雜志的一篇文章《隨機表面隱藏著錯綜復雜的秩序》(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制的棋盤樣圖案。
該證明的作者發(fā)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·庫里安(Nicolas 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,隨機性在很多方面對數學有幫助。
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?!拔覀兒茈y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。下面與我們一起來看看吧。
如果一個問題不太可能直接解決,那么人們可能用間接的方式嘗試間接解決。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于0。這種“概率方法”是數學家保羅·埃爾德什(Paul Erd?s)開創(chuàng)的。
隨機性也可以用來尋找非隨機的固定路徑。最近關于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,那么觀察點在什么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(guī)則——沿著規(guī)則網格的嚴格確定的線——繪制這樣的路徑時,路徑中后續(xù)的每一步都被之前的每一步所約束。對于一個復雜的網格,此要求是一個負擔。這類似于俄羅斯方塊拼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,但之后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:只要擲硬幣決定下一步去哪里。
數學家試圖利用這個事實。用一種叫做被稱為KPZ公式的推導關系,將隨機網格的結果轉換為確定性的結果,反之亦然?!霸谶@樣的理論下,這意味著你可以隨意在確定環(huán)境下計算或者在隨機環(huán)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)關于在規(guī)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回答了?!斑@可能是顯而易見的,但我還是重申一下,在大多數情況下,對于數學或理論物理方面的問題,如果不借助一些工具,直接回答是不可能的”。紐約大學數學家保羅·布爾加德(Paul Bourgade)如是說道?!拔覀冎皇菦]有解決問題的工具”。在某些情況下,隨機性使事情變得更松散,足以問題的解決成為可能。