Bài toán mở, Số học và Lý thuyết số, nêu năm 1900
Bài toán thứ mười hai của Hilbert
Với một trường số đại số bất kỳ, hãy tìm các hàm giải tích mà các giá trị đặc biệt của chúng sinh ra mở rộng abel cực đại của — tổng quát hóa định lý Kronecker–Weber, nơi các giá trị hàm mũ sinh ra , và Jugendtraum ('giấc mộng tuổi trẻ') của Kronecker, nơi các giá trị đặc biệt của hàm elliptic và hàm mô-đun sinh ra cho các trường bậc hai ảo .
Tính đến năm 2026, bài toán thứ mười hai của Hilbert đã được giải trong một số chế độ lớn — trên (Kronecker–Weber), trên các trường bậc hai ảo (phép nhân phức cổ điển), trên các trường hàm toàn cục (Drinfeld, 1974), và theo cách phát biểu giải tích -adic, trên mọi trường số thực toàn phần (Dasgupta–Kakde, 2021–2023) — nhưng vẫn còn mở ở dạng giải tích phức nguyên bản cũng như cho các trường số tổng quát có cả phép nhúng thực lẫn phức. Dasgupta và Kakde đã chứng minh giả thuyết Brumer–Stark cùng giả thuyết Gross–Stark nguyên cho các trường thực toàn phần bằng phương pháp Ribet trên chuỗi Eisenstein mô-đun Hilbert lấy giá trị trong vành nhóm và các mô-đun Ritter–Weiss, qua đó chỉ ra rằng các -đơn vị Brumer–Stark dựng từ tích phân nhân tính -adic (cùng với căn bậc hai) sinh ra toàn bộ . Công trình song song của Henri Darmon, Samit Dasgupta, Jan Vonk và các cộng sự về đối chu trình phân hình cứng trên nửa mặt phẳng trên -adic cung cấp một tương tự -adic ấn tượng cho bất biến mô-đun đối với trường bậc hai thực. Một phần tử sinh thuần Archimede (giải tích phức) cho trường bậc hai thực hoặc trường số có dấu hỗn hợp, hay một chứng minh vô điều kiện cho các giả thuyết Stark Archimede, vẫn nằm ngoài tầm với.
Kết quả tốt nhất đã biết
- Lời giải cổ điển trọn vẹn cho qua các giá trị chia đường tròn (Kronecker–Weber, 1886) và cho các trường bậc hai ảo qua hàm elliptic và hàm mô-đun có nhân phức (Kronecker, Weber, Takagi, Shimura).
- Lời giải trọn vẹn cho các trường hàm toàn cục qua các điểm xoắn của mô-đun Drinfeld (Drinfeld, 1974).
- Chứng minh giả thuyết Brumer–Stark và cách sinh giải tích -adic tường minh cho đối với mọi trường số thực toàn phần qua các đơn vị Gross–Stark (Dasgupta–Kakde, 2021–2023, arXiv:2103.02516 và arXiv:2204.09037).
Công cụ và chỗ dừng
| Công cụ | Đạt được | Chỗ dừng |
|---|---|---|
| Nhân phức của đường cong elliptic và đa tạp abel | Sinh ra toàn bộ mở rộng abel cực đại của mọi trường bậc hai ảo, cùng các mở rộng abel lớn của trường CM chiều cao, thông qua các giá trị đặc biệt của hàm mô-đun và các điểm xoắn. | Các đa tạp abel trên không thể có nhân thực làm toàn bộ vành tự đồng cấu theo cách cần thiết để xử lý trường thực toàn phần, và ngay cả với trường CM chiều cao thì lý thuyết của Shimura cũng chưa sinh ra toàn bộ . |
| Phương pháp Ribet và các đơn vị Gross–Stark -adic (Dasgupta–Kakde) | Dùng các đồng dư giữa chuỗi Eisenstein mô-đun Hilbert và dạng đỉnh để chứng minh giả thuyết Brumer–Stark cùng giả thuyết Gross–Stark nguyên, cho công thức giải tích -adic tường minh của các phần tử sinh của với mọi trường thực toàn phần . | Thay các hàm giải tích phức trên không gian đối xứng Archimede bằng phép lấy tích phân -adic qua các số nguyên tố phụ , và phụ thuộc vào việc trường cơ sở là thực toàn phần có mở rộng CM. |
Câu hỏi còn mở
- Liệu giả thuyết Stark hạng 1 Archimede có thể được chứng minh vô điều kiện, qua đó cho các phần tử sinh giải tích phức (thay vì -adic) cho mở rộng abel cực đại của các trường bậc hai thực và trường thực toàn phần hay không?
- Làm thế nào để mở rộng lý thuyết trường lớp tường minh — dù theo hướng -adic qua đối chu trình cứng hay theo hướng Archimede qua đơn vị Stark — sang các trường số có dấu hỗn hợp (có cả vị trí thực lẫn vị trí phức)?
Tài liệu tham khảo
- David Hilbert (1900). Mathematische Probleme
- Vladimir G. Drinfeld (1974). Elliptic modules · DOI:10.1007/978-1-4614-5888-3_2
- Samit Dasgupta, Mahesh Kakde (2023). On the Brumer–Stark conjecture · arXiv:2204.09037
- Samit Dasgupta, Mahesh Kakde (2021). Brumer–Stark units and explicit class field theory · arXiv:2103.02516 [preprint, chưa bình duyệt]