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随机性似乎使得数学命题的证明更困难。但实际上,经常会让事情更容易

在数学家可用的所有工具当中,随机性似乎没什么用处。数学具有逻辑性和严谨性,它主要的目标是在浩瀚的对象“海洋”中寻找秩序和结构。正是因为数学世界不是随机的,整个数学宏伟目标才有可能实现。

然而,最近《量子》杂志的一篇文章《随机表面隐藏着错综复杂的秩序》(Random Surfaces hide an Intricate orde)涉及到了一个新的证明。

在这个证明中,随机性使得一切变得不同。

证明结果还包括到在随机构建的几何空间上绘制的棋盘样图案。

该证明的作者发现,几何空间中的随机性使棋盘样的图案更容易描述。

巴黎第十一大学数学家、该论文合着者尼古拉斯·库里安(Nicolas curien)也说道,“令人惊讶的是,引入随机性能让你做更多的事情”。

事实证明,随机性在很多方面对数学有帮助。

例如,数学家通常想要证明具有某种性质的对象存在,例如具有某种对称性的几何体。要解决这些存在性问题,最直接的方法是寻找一个具有对应性质的对象,但这需要一些运气。“我们很难展示出一个具有相关属性的特定对象”,菲尔兹奖获得者马丁海雷尔如是说道,他的领域涉及随机过程。

抽象概念可以引导一些在科学和数学中有潜力的想法。下面与我们一起来看看吧。

如果一个问题不太可能直接解决,那么人们可能用间接的方式尝试间接解决。例如,如果您在考虑某一类型的对象的存在性,你可以这样思考:随机选择其中一个对象,则选中一个具备所需性质的对象的可能性要大于0。这种“概率方法”是数学家保罗·埃尔德什(paul Erd?s)开创的。

随机性也可以用来寻找非随机的固定路径。最近关于网格上棋盘式图案的证明就是这种情况。研究人员对一种叫做渗流模型的过程感兴趣。在这个过程中,您想知道如果仅在一种颜色的点上移动,那么观察点在什么条件下可以从网格的一侧移动到另一侧。

当你根据确定性的规则——沿着规则网格的严格确定的线——绘制这样的路径时,路径中后续的每一步都被之前的每一步所约束。对于一个复杂的网格,此要求是一个负担。这类似于俄罗斯方块拼图中的前几块比较容易放置,您可以把它们放在任何您想放的地方,但之后方块的放置就难很多,因为它们必须符合您已经放置的所有方块。

然而,当您的路径随机进行时,您不必担心您过去走过的每一步。从某种意义上说,每一步都像第一步一样自由:只要掷硬币决定下一步去哪里。

数学家试图利用这个事实。用一种叫做被称为KpZ公式的推导关系,将随机网格的结果转换为确定性的结果,反之亦然。“在这样的理论下,这意味着你可以随意在确定环境下计算或者在随机环境下计算”,布兰迪斯大学数学家、论文合着者奥利维耶·伯纳迪如是说道。这一新的工作与以前(更难证明的)关于在规则网格上渗流的结果是一致的,这也使KpZ公式得到了验证。

如果一个数学问题比较简单,那数学家可能不需要使用随机性。但对数学家而言,大多数重要的数学问题都很难直接回答了。“这可能是显而易见的,但我还是重申一下,在大多数情况下,对于数学或理论物理方面的问题,如果不借助一些工具,直接回答是不可能的”。纽约大学数学家保罗·布尔加德(paul bourgade)如是说道。“我们只是没有解决问题的工具”。在某些情况下,随机性使事情变得更松散,足以问题的解决成为可能。

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